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华侨大学

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魏展画

简介

目前硅太阳电池占据光伏产业市场份额 90%以上，其中主流技术为单晶Perc电池组件技术，电池效率小于23%，已接近理论的效率极限，未来提效空间也十分有限；即使新型的光伏技术HJT或Topcon晶硅电池技术，理论极限效率也在25%。随着国家对新能源技术的大力支持以及碳达峰，碳中和的全球发展，开发更高效硅太阳电池可降低电力平准化成本，已成为该领域的主要发展方向。将钙钛矿电池与高效晶硅电池进行叠层，可以降低硅电池中的高能光子热损失，进一步提高太阳光的利用效率，将电池量产效率有望提升至28%以上。

近年，钙钛矿/晶硅两端叠层电池效率连续取得突破。2017 年 2 月，斯坦福大学McGehee 等研制出效率为 23.6%的钙钛矿/晶硅两端叠层电池；2018 年 6 月，瑞士EPFL研制出效率为25.2%的钙钛矿/晶硅叠层电池；最近，德国HZB和牛津光伏分别获得了效率分别为29.2%和29.5%的钙钛矿/晶硅叠层电池，但离44%的双节叠层电池理论效率还有一定的提升空间。

华侨大学魏展画教授课题组联合杭州众能光电科技从关键技术入手，对叠层电池中的光分配以及光电过程进行深入研究，降低器件的光损失和载流子损耗；在已有的钙钛矿和晶硅电池工艺基础上开发出可实用化的叠层太阳电池工艺技术，是研制高效钙钛矿/晶硅两端叠层电池的有效手段。此研究课题响应国家号召，是落实《“十三五”国家科技创新规划》、《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《能源技术创新“十三五”规划》和《可再生能源中长期发展规划》重要举措之一，相关研究成果对我国太阳电池领域的发展具有重要的战略意义。

技术特点、技术指标及先进性

技术特点：

钙钛矿太阳能电池相比硅太阳能电池，能更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光，而硅太阳能电池可以有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光，因此，通过叠层方式组合这些高效的单电池，可以突破传统纯硅光伏电池的理论效率极限，进一步提升硅光伏电池的效率。

具体攻克如下技术难题：

1）顶电池带隙选择优化：利用计算机软件仿真在四端点电池架构下，顶电池最佳的带隙宽度，提高电池的效率。

2）湿法成膜：结合气浮平台和高精度涂布头控制等技术，大幅度提高湿法成膜的精度至um级别，从而可控制干膜精度在±50nm以内，且可以方便实现钙钛矿薄膜的在线退火。

3）干法成膜：利用线蒸发源和真空高精度运动技术，实现有机无机混合钙钛矿和全无机钙钛矿的干法成膜，成膜均匀性可控制在±10%以内，且可以方便实现钙钛矿薄膜的在线退火。

技术指标：

1)HJT技术成果产出目标：异质结电池量产效率达成24%以上；完成大尺寸超薄组件的量产；

2)钙钛矿电池：小面积26%，小模组20%，大组件(1800×1200mm )18%，稳定性双85:5%@4000h，光热:5%@8000h

3)四端点钙钛矿/晶硅叠层电池达成28%以上效率

技术水平：

国际先进水平

应用范围及市场预测

根据测算，地球表面1%的面积覆盖效率15%的太阳能电池组件，就能满足全人类的生产生活用电需求。截止2019年，全球光伏发电累计装机容量603.6GW，较2018年增长25.6%，未来一段时间还会继续维持增长趋势。根据国际可再生能源机构（IRENA）数据，预计到21世纪末，全球太阳能发电将占到60%以上。2020年12月，中国国家主席习近平在气候雄心峰会向世界承诺，中国到2060年将实现“碳中和”，预计太阳能和风能的装机将超过12亿千瓦时。中国140万亿人民币的碳中和市场中预计太阳能可占20-30万亿。

中国既是能源消费大国又是能源生产大国，拥有丰富的太阳能资源，历来重视太阳能资源的开发和利用。为了更好的扶持发展光伏行业，国家相继颁布了《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》、《中华人民共和国可再生能源法》、《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》、《关于实施光伏发电扶贫工作的意见》、《关于2018年光伏发电项目价格政策的通知》和《智能光伏产业发展行动计划（2018-2020年）》等相关政策。预计到2025年，中国光伏总装机规模达到7.3亿千瓦，占全国总装机的24%，全年发电量8770千瓦时，占当年全社会用电量的9%。

钙钛矿薄膜太阳能技术2009年被发现，2013年通过结构优化效率接近15%，截至2020年底，效率已经达到25.5%，接近晶硅太阳能的26.1%的效率记录。除了效率高，钙钛矿薄膜太阳能还具有价格低廉和弱光性能好的优点，因此2017和2018年连续两年被提名为诺贝尔化学奖，已经成为太阳能技术升级的确定赛道。

技术成熟度

已经完成10mm×10mm小型模组的实验室验证，寻求融资放大进行规模化阶段

预期投资规模、所需设备、原材料及效益分析

2021年计划新建1MW中试生产线，预计设备投资3000万元，铺地流动资金500万，新建占地6000平米中试基地。组件成本预计为1.5-1.8元左右，转化效率26-27%。

2023年计划新建100MW的叠层组件生产线。

预计年产值约5亿元，利税约1.3亿元，投资回收期约5年。

项目预计可申请省部级科技项目2项。

鉴定及获奖情况

2018年中国光学十大进展

2018年度百篇最具国际影响学术论文

2020年福建省青年科技奖

2018年浙江省重点技术创新专项计划

2019年度杭州市创新产品目录

拟合作方式

þ技术转让  þ技术入股  þ合作开发  □其他

其他需

说明事项

可提供项目成果的相关图片

实物展品请注明尺寸、重量、水电条件要求等