太阳能电池组件：各方需求将持续增长，钙钛矿是下一个趋势

太阳能电池组件

市场增长分布广泛

能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，由于全球范围内石化能源储量有限，而石化能源的使用会造成严重的环境污染，世界各国政府普遍注意到各种新型清洁可再生能源在未来能源结构中的关键地位，并纷纷提出增加对这些清洁能源的使用率。在各种新型清洁能源中，太阳能被认为是最有发展前景的清洁能源之一。

模组组装成本占40%，其余部分占60%。除模组组装外，其余属于半导体材料和芯片的制造工艺，受加工制造工艺技术水平影响较大，而模组组装技术水平相对较小，但受原材料成本影响较大材料，因此太阳能电池和组件的成本对技术水平和市场环境非常敏感。可以预测随着技术的进步，硅锭生长、切片和电池加工的总成本将呈现持续下降趋势，这将进一步推动太阳能电池和组件发电成本的不断降低。从降低太阳能电池组件成本的角度来看，不断降低原材料成本、不断改进加工工艺，无疑将是降低太阳能电池组件成本的基本途径。

2015 年全球太阳能电池和组件行业市场的总销售额为 29499.3 百万美元，到 2020 年增加到 37618.1 百万美元，预计到 2025 年太阳能电池和组件行业市场的价值可以达到 44998.8 百万美元，太阳能电池和组件行业市场从 2019 年到 2025 年的复合年增长率为 3.89%。

延长太阳能使用寿命

钙钛矿是一种选择

不久之前，普林斯顿工程学院的科学家们开发出了第一个具有商业上可行的寿命的钙钛矿太阳能电池，标志着一个新兴的可再生能源技术类别的一个重要里程碑。该研究小组预计他们的设备可以在30年左右的时间里表现出高于工业标准的性能，远远超过用作太阳能电池可行性阈值的20年。该设备不仅高度耐用，而且还符合普通的效率标准。事实上，它是第一个能与硅基电池的性能相媲美的产品，硅基电池自 1954 年问世以来一直占据市场主导地位。

钙钛矿是具有特殊晶体结构的半导体，这使它们很适合用于太阳能电池技术。它们可以在室温下制造，使用的能量比硅少得多，使它们的生产成本更低，更具可持续性。而且，硅是僵硬和不透明的，而钙钛矿可以被制成灵活和透明的，使太阳能远远超出了美国各地山坡和屋顶上的标志性矩形面板。

但与硅不同，钙钛矿是出了名的脆弱。早期的钙钛矿太阳能电池（PSC），在2009年至2012年间创建，只持续了几分钟。新设备的预计寿命比之前的记录增加了五倍，该记录是由2017年的低效率PSC创造的。(该装置在室温下连续照明运行了一年。新设备将在类似的实验室条件下运行5年）。由于钙钛矿众所周知的脆弱性，直到现在，长期测试还不是一个很重要的问题。但是，随着设备变得更好，持续时间更长，在推出耐用的、对消费者友好的技术时，对一种设计与另一种设计进行测试将变得至关重要。

美国国家可再生能源实验室的高级研究员Joseph Berry说：“这篇论文可能会成为任何希望在效率和稳定性的交叉点上分析性能的人的原型，虽然效率在过去十年中以显著速度加快，但这些设备的稳定性提高得更慢。为了让它们在工业界得到普及和推广，测试将需要变得更加复杂。这就是Loo的加速老化过程的意义所在。

从几分钟到一年

技术带来的改变

钙钛矿太阳能电池在2006年被首创，第一批公布的设备在2009年出现。最早的一些设备只持续了几秒钟。其他的是几分钟。在2010年代，设备的寿命增长到几天和几周，最后是几个月。然后在2017年，来自瑞士的一个小组发表了一篇关于PSC的突破性论文，该装置持续了一整年的连续照明。与此同时，这些设备的效率也在同一时期内急剧上升。虽然第一个PSC显示出不到4%的功率转换效率，但研究人员在几年内将该指标提高了近10倍。这是迄今为止科学家们在任何一类可再生能源技术中看到的最快改进。

那么为什么要推动钙钛矿的发展呢？Berry说，最近的一系列进展使它们成为独一无二的理想选择：新的高效率，允许科学家进行高度具体应用的非凡的"可调性"，以低能源投入在本地制造它们的能力，以及现在对延长寿命的可靠预测，加上复杂的老化过程，以测试各种设计。

Loo说，并不是说PSC将取代硅设备，而是新技术将补充旧技术，使太阳能电池板比现在更便宜、更高效、更耐用，并将太阳能扩展到现代生活中难以计数的新领域。例如，她的小组最近展示了一种完全透明的钙钛矿薄膜（具有不同的化学性质），可以将窗户变成能源生产设备，而不改变其外观。其他小组已经找到了利用钙钛矿印刷光伏油墨的方法，允许科学家们现在才梦想的形式因素。但据Berry和Loo两人说，从长远来看，主要的优势是：钙钛矿可以在室温下制造，而硅是在华氏3000度左右锻造的。这种能量必须来自某处，而目前这意味着燃烧大量的化石燃料。

Berry补充说，因为科学家们可以轻松而广泛地调整钙钛矿的特性，它们允许不同的平台顺利地一起工作。这可能是硅与薄膜和有机光伏等新兴平台结合的关键，这些平台在最近几年也取得了巨大进展。

钙钛矿太阳能

难点不只寿命，还有镀膜

在能量转化率不断提高的前提下，更需要好的太阳能镀膜才能满足使用需求；但是目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。

针对这一问题，在制备太阳能电池时，一般是需要使用真空镀膜手套箱的：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。

方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。

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