近日,合肥京東方光能科技有限公司鈣鈦礦光伏電池中試線成功產出首批樣品,標志著京東方在鈣鈦礦光伏產業化道路上邁出了重要一步,也是國內大尺寸鈣鈦礦光伏組件產業的重要里程碑,實現了GW級鈣鈦礦電池激光解決方案產業化領域的重大突破。
這一消息無疑是振奮人心的。
鈣鈦礦具有眾多優異的光電特性,如可調節的帶隙、高吸光系數、低激子束縛能、高載流子遷移率、高缺陷容忍度等;而且鈣鈦礦制備工藝簡單,可實現半透明、超輕、超薄、柔性等。關鍵是,鈣鈦礦原材料來源廣泛且含量豐富。
鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池。作為具有巨大發展潛力的第三代光伏技術,鈣鈦礦光伏電池具有高能量轉化效率、低成本、輕便靈活等優勢,其理論極限轉換效率高于晶硅電池和薄膜電池,制備成本較低,鈣鈦礦的轉換效率和成本優勢明顯,是目前最具產業化前景的新型薄膜太陽能電池。
在技術層面,鈣鈦礦電池的輕質和柔性特點以及其理論可達相較晶硅太陽能電池更高的光電轉換效率等特性,使得鈣鈦礦電池技術成為光伏行業對其寄予厚望的技術發展方向。但是,鈣鈦礦的耐用性仍然是商用的一大障礙——硅太陽能電池板在使用25年后,仍能保持25%的功率輸出,但鈣鈦礦電池下降得很快。一旦鈣鈦礦的使用壽命超過10年,加上其制造成本低廉,就能在很多大型公用事業場所替代硅基太陽能電池。
在政策層面,光伏行業是我國大力支持的戰略性新興產業,受到國家產業政策的重點支持。近年來,在碳達峰、碳中和的頂層設計指引下,各項光伏行業支持性政策頻出,推進光伏行業的成長與發展。從2020年以來,鈣鈦礦相關政策不斷增多,國家層面出臺相關政策推動鈣鈦礦太陽能電池產業發展。多個地區也對該產業給予了關注,江蘇省、廣東省等省份對薄膜太陽能電池行業關注度較高,為產業發展提供了政策支持。一些地區也正在形成鈣鈦礦太陽能電池產業的聚集效應,如青島正與國電投中央研究院合作,加快打造鈣鈦礦疊層電池制備與小試產線,并且成立了鈣鈦礦光伏技術創新中心。
目前,鈣鈦礦薄膜太陽能電池產業正加速推進,一大批優秀企業先后啟動GW級產線建設,據東方財富證券研究所預測,2024年鈣鈦礦新增產能4.22GW,2030年將達197GW,未來發展空間廣闊。
鈣鈦礦電池產業隨著技術創新的持續推進、產業鏈的進一步完善和市場需求的持續增長,有望帶動配套的激光設備行業的發展。
比如上述京東方在鈣鈦礦光伏產業化領域取得的重大突破,這其中就離不開青虹激光的助力——青虹激光為京東方提供鈣鈦礦產線中的核心制程P0/P1/P2/P3激光劃線解決方案。
除青虹激光之外,德龍激光、聯贏激光、大族激光、帝爾激光、杰普特、元祿光電等企業均在鈣鈦礦光伏電池激光設備及工藝方案上有所投入,并取得了一些成果。比如:
德龍激光推出的鈣鈦礦薄膜太陽能激光綜合加工設備應用于鈣鈦礦薄膜太陽能電池內部串聯電路蝕刻及封裝清邊加工;
聯贏激光正在開展鈣鈦礦激光刻蝕工藝及多光路激光刻蝕工藝研發;
大族激光在鈣鈦礦技術領域,持續優化鈣鈦礦激光刻劃相關設備工藝及性能,與協鑫光電等行業頭部客戶保持良好合作關系;
帝爾激光則已成功將激光加工技術應用到PERC、TOPCon、IBC、HJT、鈣鈦礦等新型高效太陽能電池及組件上;
杰普特自主研發的鈣鈦礦模切設備可覆蓋鈣鈦礦電池生產中P1至P4的激光模切以及激光清邊工藝,已經獲得客戶中試機、百兆瓦量產線P1-P4 工藝段設備訂單,同時積極跟進行業GW級量產線設備招標情況;
元祿光電則聯合華中科技大學研發了“20振鏡頭大幅面鈣鈦礦高速激光刻蝕成套設備”,實現高效大面積鈣鈦礦電池制造……
激光技術在鈣鈦礦電池產業中的應用前景較為廣闊。鈣鈦礦電池產業的發展需要大規模、高效率的生產技術。激光技術具有高精度、高速度、高重復性等優點,能夠適應鈣鈦礦電池大規模生產的要求。
目前,激光加工技術在鈣鈦礦光伏電池產業的應用主要有激光劃線、膜層清除、激光清邊等工藝。
通過精確的激光劃線工藝,可以實現鈣鈦礦電池內部電路結構的精準構建,將多個子電池單元有效地串聯或并聯起來,提高電池的輸出電壓和電流,從而提升整體的光電轉換效率。隨著技術的不斷進步,激光劃線的精度和穩定性將進一步提高,能夠更好地滿足鈣鈦礦電池對高效結構設計的需求。
激光技術還可以對鈣鈦礦薄膜進行表面改性處理,減少薄膜表面的缺陷和雜質,降低光生載流子的復合率,進而提高電池的光電轉換效率。例如,利用激光退火等技術可以改善鈣鈦礦薄膜的結晶性和微觀結構,使其具有更好的光電性能。
不過,要實現激光技術在鈣鈦礦電池產業中的廣泛應用,還需要克服一些技術挑戰,如提高激光加工的精度和穩定性、降低設備成本、解決激光對鈣鈦礦薄膜的損傷等問題。但總體而言,激光技術在鈣鈦礦電池產業中的應用前景廣闊,將為鈣鈦礦電池的發展提供重要的技術支持。
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