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美能光伏科普 | 钙钛矿为什么寿命短、不稳定
日期:2023-02-13浏览量:75
尽管钙钛矿电池优点颇多,但作为一种尚未脱离实验室阶段的材料,其缺陷严重限制投入工业生产的能力,自然也就不能对单晶硅电池实现有效替代。「美能光伏」了解到现阶段的钙钛矿电池寿命短,稳定性差,效率衰减过快,无法满足工业化生产的需要,一直是制约推广的最大障碍。
缺陷原因及对比
作为一种离子晶体材料,钙钛矿材料可谓是非常脆弱,不同材料与结构可能存在不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化、易发生二次反应等缺陷。尽管近两年伴随着钙钛矿材料相关研究的长足进步,这种情况有所缓解,但电池整体衰减率相较于成熟的晶硅组件仍然太高,而且额外的保护措施,如保护涂层或掺杂等,还存在牺牲效率的可能。
2021年12月底,德国研究机构的Forschungszentrum Jülich宣称开发了一种效率为20.9%的平面钙钛矿电池,其在超过1450小时的高温和光照测试中,仍成功保持了99%的初始效率。而其它不同研究机构给出的极为多样化的原型设备的测试数据则大多集中在“1000/2000小时,稳定在80%/90%左右”的水平。
这对于早期稳定性甚至只能维持几小时的钙钛矿电池而言当然是巨大进步,可对于太阳能产业本身而言还是不够好。一个电站不可能接受频繁修理发电设备,哪怕钙钛矿生产成本再低,这在维护成本上也不可行。
传统的硅晶电池是什么水平?我们可以看两个案例:
云南石屏县牛达林场光伏项目:安装于1995年,运行20年后,总衰减效率为7.69%,平均年衰减0.38%。
甘肃省自然科学院太阳能研究基地10kW光伏电站:安装于1983年,运行33年后,总功率为7kW,估算每年的衰减为0.9%。
而这甚至是数十年前,晶硅组件技术还不那么成熟的时代录得的数据。
根据工信部发布的《光伏制造行业规范条件(2021年本)》,现阶段的钙钛矿电池罕有能达到衰减率标准的,而即使有少数路线达到了,也往往建立在牺牲其它性能的基础之上(尤其是引以为傲的效率)。
此外,由于诸多原因,钙钛矿电池的测试往往有很多“猫腻”,测试涉及的条件参数可能没有详尽披露,所以给出的最终数据有可能不能反映真实状况,这也需要一些更进一步的共识来矫正。
以及有机-无机卤素钙钛矿的化学性质决定了其对金属存在一定的腐蚀性(还原/氧化反应),而金属是光伏组件的重要组成部分,大量辅材应用了金属材料。这显然也对未来的规模化应用存在不良影响。
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钙钛矿产业化之路还有各种各样的问题需要解决,但目前各类消息都可以给我们带来很大的信心。「美能光伏」相信我们一定可以变成光伏强国。