先进光伏材料及热电材料国内外科研、产业发展

作者: 来源: 发布时间: 2019-11-03 16:39 字号:【

  光伏材料又称太阳能电池材料,是指能将太阳能直接转换成电能的材料。钙钛矿是目前最为先进的一种光伏材料,光电转换效率在短短几年内就由3.8%上升至22.1%,显示出极大的应用潜力。但其也具有晶体结构不稳定,对湿度、紫外光和温度等环境因素敏感等缺点。

  目前钙钛矿太阳能电池仍以实验开发完善为主, 少有几个国内外的公司正在尝试钙钛矿太阳能电池的产业化生产及应用。成熟的钙钛矿太阳能电池技术的发展可以替代现有的晶硅太阳能电池,而其特有的柔性更拓宽了电池的应用领域。

  随着技术日益成熟和工艺日趋完善,商业化生产和技术的不断革新交替进行是国外对于钙钛矿太阳能电池市场推进的主流方式。

  为了尽快推进钙钛矿太阳能电池的商业生产,依托牛津大学物理学教授Henry Snaith团队组建的牛津光伏公司(OxfordPV)尝试将钙钛矿电池和硅电池相结合,以渗透现有的商用晶硅太阳能电池,将其集成到大规模硅太阳能电池和组件生产中,取得先机。针对钙钛矿电池在商业生产中面临的成本、寿命等致命性问题,瑞士Solaronix公司做了明显的改善。与牛津光伏公司所开发的商业应用领域类似,澳大利亚GreatCell Solar公司计划建设一个生产钙钛矿太阳能电池(PSC)的示范基地。

  在2016年,世界各地的众多研究团队公开了他们的实验进展;自2017年来,多个实验团队取得了瞩目的进展。2017年9月,有报道指出,EPFL的 Michael Grtzel实验室的研究人员通过沉积60nm厚的CuSCN层替代成本高昂的有机空穴传输材料spiro-OMeTAD,制备出钙钛矿太阳能电池的光电转换效率超过20%;通过在CuSCN和金电极之间引入了还原氧化石墨烯薄间隔层,使得钙钛矿太阳能电池在60℃的全日光照条件下,在最大功率输出点工作1000小时后,仍可保持95%以上的初始效率。

  我国在该领域的进展表明,无论是科研院校还是高新技术企业,都将钙钛矿太阳能电池性能的提升作为研究热点,并没有明确该材料的商业开发方向,使得我国目前的钙钛矿太阳能电池依然停留在科研领域。

  2017年我国有多个实验团队在该领域取得了突破性进展;近年,我国研究人员在高开路电压、良好热稳定性的全无机钙钛矿太阳能电池上取得了突出进展;我国科学研究人员在钙钛矿太阳能电池的转换效率上取得了较大突破,同时积极开发大尺寸太阳能电池组件, 开发新材料以优化生产工艺,这都为钙钛矿太阳能电池的大规模生产奠定了坚实的基础。

  目前,钙钛矿太阳能电池仍以科学研究为主,国内的研究与产业化推进几乎与国外同步展开,并取得了显著进步,甚至某些研究方向居于国际领先。然而,对比国内外的发展趋势,我们可以看到有明显的不同,这也是我国钙钛矿太阳能电池产业较少发展较慢的主要原因。

  若想未来早日实现钙钛矿太阳能电池的商业化生产及应用,我国应从商业角度出发来研究钙钛矿太阳能电池。

  热电材料是一种通过固体内部载流子的运动实现热能和电能之间相互转换的新能源材料,在特种电源、工业余废热回收、局部精确控温、航空航天和军事等领域等领域取得广泛的使用。

  目前,热电材料已经取得产业化,国外发达国家已经孵化出一系列专门从事热电材料及其器件研究与生产的企业,包括美国贰陆马洛公司(II- VIMarlow)、 德国TEC微系统公司(TEC Microsystems)、俄国晶体公司(Crystal)、日本松下公司等。

  当前,我国在热电材料的研究上已经处于世界领先水平。以中科院上海硅酸盐研究所、武汉理工大学、清华大学、浙江大学、北京航空航天大学、南方科技大学等为代表的众多高校和科研院所纷纷投入到热电材料和器件的研究中。除热电材料体系外,国内在新型热电材料的研发上也取得了丰硕的成果。但我国的热电材料产业与国外发达国家相比仍具有一定的差距。

  我国是热电材料的研究和生产大国,但并不是热电材料的发展强国,总体而言,我国热电材料学术研究要强于产业发展。在未来的发展中,应加强热电材料在军事领域、汽车领域和光伏领域的应用。

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  本文统计了9月至今日发布的共计2.85GW光伏电站EPC以及1.9GW组件开标信息。其中,EPC项目业主单位以国企/央企为主,这也从侧面反映出,在竞价及平价项目中,国有企业已经成为绝对的主力。具体来说,中广核603MW、广州发展410MW、中节能345MW、晋能集团220MW,中民投200MW、湖北能源集团190MW、华能180MW

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