增效和降本是實現(xiàn)光伏平價上網(wǎng)的關(guān)鍵，作為主流光伏技術(shù)，晶硅市場份額超95%，盡管發(fā)電成本也在持續(xù)緩慢下降，但其效率已越來越接近極限。如目前普遍采用的晶硅PERC技術(shù)，通常能達到22%左右轉(zhuǎn)化效率，其技術(shù)路線圖預計最大量產(chǎn)效率接近24 %。留給晶硅組件通過提質(zhì)增效降本的空間已經(jīng)很小。

平價帶來的降本壓力，讓行業(yè)開始關(guān)注一種更低成本、更高效率的電池結(jié)構(gòu)：鈣鈦礦-硅異質(zhì)結(jié)電池。

電池效率極限

專家預測，到2020年末，光伏電池的最高效率會通過鈣鈦礦-硅疊層串聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。

自2009年首次發(fā)現(xiàn)太陽能吸收特性以來，鈣鈦礦已成為光伏行業(yè)最突出的研究課題之一。在過去五年中，隨著效率和穩(wěn)定性的提高，鈣鈦礦光伏發(fā)電正在迅速進入工業(yè)化階段。

牛津光伏作為布局鈣鈦礦電池技術(shù)的制造商之一，將鈣鈦礦技術(shù)建立在傳統(tǒng)的156 mm × 156 mm硅太陽能電池之上。

使用低成本解決方案、與鈣鈦礦結(jié)合可以使硅電池效率顯著提高到25-30%。2018年，牛津光伏公布了鈣鈦礦-硅疊層電池28.0%轉(zhuǎn)化效率，突破世界紀錄，通過了美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 認證。

1.可靠性測試

鈣鈦礦電池商業(yè)化的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是從實驗室尺寸擴展到 156 mm × 156 mm 的商業(yè)尺寸。2016 年，牛津光伏收購德國一家前薄膜電池制造工廠，并在工廠配備鈣鈦礦電池生產(chǎn)所需設(shè)備，現(xiàn)已成功將鈣鈦礦光伏技術(shù)應用到工業(yè)化生產(chǎn)中。

2016 年以來，牛津光伏與合作伙伴一直在驗證該技術(shù)的可靠性。

商用尺寸鈣鈦礦-硅電池在牛津光伏德國試驗線生產(chǎn)

光伏組件的可靠性是度電成本(LCOE)的關(guān)鍵決定因素，直接影響到組件發(fā)電量及環(huán)境效益。

光伏產(chǎn)品要保證 25 年的質(zhì)量，要求進行機械載荷、熱循環(huán)和環(huán)境試驗(.H 1000、TC200、UV老化等)，并要求組件衰減達到特定的要求。為滿足25年使用壽命預期，制造商通常設(shè)定比IEC61215更嚴苛的條件，如DH2000小時、TC600，測試標準是通常條件的兩到三倍。

2. 組件設(shè)計

對于任何電池技術(shù)，都需要精心設(shè)計組件，以保護電池免受環(huán)境的影響。封裝材料的選擇、串焊技術(shù)以及背板的選擇都會影響組件的可靠性。此外，組件的選擇可以通過優(yōu)化光吸收、減少電阻損耗和雙面設(shè)計來增加發(fā)電量。

雙面組件可以將發(fā)電量提高10%以上。憑借自由調(diào)節(jié)鈣鈦礦吸收體的間隙，鈣鈦礦-硅疊層電池首先通過提高效率來提高能量轉(zhuǎn)化率;其次通過優(yōu)化鈣鈦礦-硅組件結(jié)構(gòu)，設(shè)計雙面異質(zhì)結(jié)也可以提高發(fā)電量。

3. 量產(chǎn)化進展

為加快鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池和組件量產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，牛津光伏今年與光伏設(shè)備供應商梅耶博格簽署了合作協(xié)議，率先在牛津光伏德國試驗工廠內(nèi)安裝了一條100兆瓦硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池生產(chǎn)線，并安裝了鈣鈦礦電池生產(chǎn)設(shè)備，以制造鈣鈦礦-硅異質(zhì)結(jié)電池和組件，并計劃到2020年底將鈣鈦礦疊層電池的產(chǎn)能擴大到250MW， 其首要目標是達到30%以上的產(chǎn)業(yè)化電池轉(zhuǎn)換效率。

與此同時，國內(nèi)光伏企業(yè)對鈣鈦礦的布局也在加快鈣鈦礦電池的量產(chǎn)化進程。

杭州纖納光電首條20MW鈣鈦礦量產(chǎn)產(chǎn)線生產(chǎn)的鈣鈦礦組件(200cm-800cm)效率達到11.98%，打破了日本東芝公司保持的前世界紀錄。

今年2月，協(xié)鑫集團旗下蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司率先建成10兆瓦級大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線，完成了相關(guān)材料合成及制造工藝的開發(fā)。領(lǐng)跑者創(chuàng)新論壇《2019首屆鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化大會》上，協(xié)鑫宣布并已開始100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作，計劃于2020年實現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產(chǎn)。在1241.16平方厘米的有效面積上，協(xié)鑫納米實用化鈣鈦礦組件效率達到了15.31%。

總結(jié)

2018年全球光伏裝機增長達到109GW，同時晶硅光伏組件價格迅速下降，加上組件效率的穩(wěn)步提高，使硅成為首選技術(shù)類型，并有效地遏制了其它非硅新技術(shù)獲得一定市場份額。然而，隨著晶硅電池逐漸接近達到實際效率極限，加上光伏電池成本的降低對整個系統(tǒng)成本影響越來越小極小，提高太陽能電池的效率幾乎成為降本增效唯一選擇。成本分析表明，硅太陽能電池結(jié)合鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)，將顯著降低光伏系統(tǒng)的LCOE; 這對于加快太陽能的利用至關(guān)重要。

圖5.牛津光伏鈣鈦礦-硅異質(zhì)結(jié)技術(shù)與主流硅太陽能電池技術(shù)的LCOE對比

實現(xiàn)平價上網(wǎng)，光伏行業(yè)正關(guān)注著最新的鈣鈦礦、異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)。