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一、 柔性太阳能电池是光伏应用侧的主力军 “双碳”背景下,以光伏为代表的新能源备受期待。根据欧洲光伏产业协会数据,2020年,全球累计太阳能光伏电站装机量达773.2GW,较2019年增长22%。从2008年的15.8GW到2020年的773.2GW,十二年累计增长超过45倍。国家能源局发布的数据显示,2021年我国光伏新增装机54.88GW,为历年最高。 太阳能光伏发电系统可分为集中式和分布式,在我国的应用范围逐渐扩大,交通、通信及边远地区等都可以见到光伏发电的应用。而目前光伏发电系统多为刚性体系,重量大,物流运输及人力成本高,在安装时需要支具及打孔,对屋顶等结构破坏严重,安装繁琐,使得传统晶硅太阳能电池在应用侧受到较大限制。 柔性太阳能电池由于重量轻、可弯曲、安装成本低等优点,将是未来光伏应用侧十分重要的主力军之一。其在BIPV(建筑一体化光伏)、BAPV(建筑贴附式光伏)、移动物体、便携式设备以及航空航天领域有广阔的应用空间。 二、最具颠覆性的柔性太阳能电池技术—柔性钙钛矿太阳能电池 目前,光伏市场上的柔性非晶硅太阳能电池发电效率低,衰减过快,其器件稳定性和使用寿命面临极大的考验;柔性砷化镓太阳能电池成本极高,不适合于民用;柔性铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池量产效率13%左右,是目前最能符合市场需求的产品,但其成本较高,在海外尤其是美国BAPV市场售价$2/W的同时产品供不应求。 钙钛矿太阳能电池以其较高的光吸收特性和优异的载流子分离传输特性,迅速成为了新型太阳能电池的研究热点。在短短的十年间,其效率从2009年报道的约3 %达到现如今的25.8%。钙钛矿太阳能电池核心材料均为常见的廉价材料,丰度高,对原材料纯度和缺陷容忍度极高。同时,该电池最重要的优点在于其摒弃了传统晶硅电池所需要的真空、高温等制程,可以采用溶液法进行生产制造,因此十分有望进行低成本、高效率柔性太阳能电池的量产和应用,迅速补充传统晶硅太阳能电池所无法涵盖的市场和应用侧。 以BIPV(建筑贴附式光伏)市场为例。1967年,日本MSK公司最早提出建筑光伏一体化产品。至今超过50年的时间内人类依然在摸索阶段,概念超出了实用,行业中贬大于褒。核心原因还在于,建筑材料的设计寿命>50年,目前没有任何光伏产品可以匹配,而更换建筑玻璃的成本远高于建造成本,或许可简单快速替换将成为下一阶段BIPV发展的方向。值得注意的是,柔性钙钛矿太阳能电池材料涂层仅1微米,比晶硅(175微米/35kg)重量轻,可改变透明度及颜色,直接贴附在原有建筑结构表面甚至从房屋中贴于玻璃内侧,运输及安装费可降低5/6,且更换成本极低,很有机会在此领域有重大突破。 又以有源物联网&5G通讯市场为例。世界芯片巨头理光的预测,有源物联网将带领物联网进入新时代,预测市场将有超过10亿片/年的新能源配套物联网,钙钛矿在弱光环境转化率达到40%,非常适用于此特殊环境。巨大的市场足够柔性钙钛矿企业快速成长。 此外,柔性钙钛矿太阳能电池还可以在移动物体(例如共享单车)、移动帐篷等领域发挥其巨大的作用,总体市场超过千亿。 从制作工艺上来看,柔性基底的柔性会使得整个工艺的难度比刚性高了很多。从材料上看,加工温度越高,材料的选择面会更广,相比刚性几百度的制程温度(有的甚至到500度),柔性100度的加工温度可选择的材料体系就对具体的材料研发人员提出了非常高的要求,需要在现有体系中不停的去强化和改性,才能达到理想的效果。特别是越低的加工温度,提升材料的稳定性、效率的难度要求相对刚性指数增长,因此国内目前只有大正微纳一家能做柔性,国外主流媒体日经新闻在2021年9月2号的对钙钛矿的太阳能电池的专题报道中对行业专家进行了详细的调研和走访,明确指出大正微纳的量产进度至少领先日本东芝3-5年。
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