2014：太阳能电池新技术研发一览
时间:2014-03-28 15:11来源:中国电池网 作者:智枫
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从美国对华再次采取“双反”调查案来看，2014年的太阳能电池行业注定是个不平凡的一年，竞争仍在持续，太阳能行业是在争端中成长的。对于企业来说，在这大争之世中，争得一席之地，求得安身立命之本的基石所在，无非就是实力二字，而这其中，最容易让企业崛起的是技术的突破，我们来看看，最近这一段时间，太阳能行业有什么样的新技术出现吧？
有机太阳能电池让效率获新突破
该研究应用于于有机太阳能电池，它是以在聚合物的基础上开发的（简单一点来说就是塑料），一种相对新型的太阳能电池。
这项突破的关键是北卡州立大学与中国科学院共同研制出的一种名为PBT-OP的低成本聚合物，这种新型聚合物是由两种现有的的单质材料及另外一种新型单质构成，这种单质材料的合成也相对容易（单质是完全相同的分子连接成长链形成的聚合物）。
这种新型聚合物使得有机太阳能电池中不再需要氟，从而降低了成本，PBT-OP虽然不含氟，但却有氟材料的优势，要掌握这种技术，你就要了解到太阳能电池由电子受体材料及电子供体材料构成，每一个都有其轨道。
这项突破的关键是北卡州立大学与中国科学院共同研制出的一种名为PBT-OP的低成本聚合物，这种新型聚合物是由两种现有的的单质材料及另外一种新型单质构成，这种单质材料的合成也相对容易（单质是完全相同的分子连接成长链形成的聚合物）。
这种新型聚合物使得有机太阳能电池中不再需要氟，从而降低了成本，PBT-OP虽然不含氟，但却有氟材料的优势，要掌握这种技术，你就要了解到太阳能电池由电子受体材料及电子供体材料构成，每一个都有其轨道。
要解决这一点，你需要做是人为开辟一条高效电子通道，在这高效电子通道上激子（当太阳能电池吸光时产生的能量粒子）在供体和受体的交界处尽可能快的高速运行，这样就意味着，你可以把传统有机太阳能电池中出现的能量损失降到最低。
碘化铜让钙钛矿太阳能电池更便宜
美国诺特丹大学的科学家日前发现一种廉价的无机材料，能够取代钙钛矿太阳能电池中昂贵的有机空穴导体，让这种高效的太阳能电池更加便宜。
钙钛矿太阳能电池是当今最有前途的几种光伏技术之一，其理论转化效率最高可达50%，为目前市场上太阳能电池转化效率的两倍，能大幅降低太阳能电池的使用成本，虽然钙钛矿材料相对便宜，但用其制造太阳能电池还需要用到一种名为spiro-OMeTAD的有机空穴导电聚合物，其市场价格是黄金的10倍以上。
新研究中，美国诺特丹大学的杰佛瑞·克里斯、雷蒙德·丰和普拉什特·卡玛特发现用碘化铜制成的无机空穴导电材料可以替代spiro-OMeTAD。克里斯说：“新发现的无机空穴导电材料比以往的可替代材料都便宜得多，有望进一步降低这种太阳能电池的制造成本。”
新研究中，美国诺特丹大学的杰佛瑞·克里斯、雷蒙德·丰和普拉什特·卡玛特发现用碘化铜制成的无机空穴导电材料可以替代spiro-OMeTAD。克里斯说：“新发现的无机空穴导电材料比以往的可替代材料都便宜得多，有望进一步降低这种太阳能电池的制造成本。”
钙钛矿是一类具有特定晶体结构的材料，对太阳能电池的制造而言，这种结构具有天然优势：较高的电荷载体迁移率和较好的光线扩散性能，使光电转换过程中的能量损失极低。虽然碘化铜能够充当钙钛矿太阳能电池中的空穴导体现在才被证明，但铜系导体之前就被认为能够在和量子点太阳能电池中充当重要角色，而最具吸引力的是它们优良的导电性能。碘化铜导体的导电率比spiro-OMeTAD高两个数量级，这使其能达到更高的填充系数，也决定了用其制成的太阳能电池具有更大的功率。但目前的研究结果表明，包含碘化铜的钙钛矿太阳能电池，在转化效率上暂时不及原有技术。研究人员认为这可能与其较低的电压相关。这一点未来有通过降低其较高的重组率来弥补。
有机太阳能电池新进展 高原植物帮助电池增能增寿
有机太阳能电池新进展 高原植物帮助电池增能增寿
青海大学利用颜色较深的高原植物，从中提取植物色素用于提高电池效率的研究中，使得优化后的玫瑰花色素敏化电池的单色光光电转换效率提高了16.1%，电子寿命增加16.3%，电池电子收集率增长了51%，近日，专家组评价该成果具有先进性、实用性、环保性、经济性等特点，研究水平达到国际先进。
由于传统硅太阳能电池制作工艺复杂、生产成本高，从而限制了其大规模的推广应用；而有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。为尽早获得实用的有机太阳能电池，青海大学科研工作者围绕低成本合成高原特有植物天然敏化剂、高效电荷转移和收集的纳米网络薄膜结构方面展开了研究。项目组针对青藏高原海拔高、紫外线照射时间长的地理特点，选取颜色较深的高原植物，从中提取植物色素用于电池中。通过对其进行光电性能测试，发现含有花青素的染料敏化剂的敏化性能比较好。通过对含有大量花青素的玫瑰花进行研究，使得优化后的玫瑰花色素敏化电池单色光光电转换效率提高了16.1%，对应的单体开路电压达到了615mV。针对电池中电荷收集与转移率不高的缺陷，研究了不同的条件对纳米材料生长机理的影响，研究制备了电荷收集与转移率较高的氧化锌树枝状纳米线的网状结构与纳米棒阵列，使电子寿命增加16.3%，电子扩散距离减少34.4%。最后项目组利用上述研发的材料组装了并、串联两种结构的大面积有机太阳能电池，通过测试，串联结构的电池电子收集率增长了51%。
上海硅酸盐所等在新型光伏材料研究方面取得进展
太阳能电池因具有替代现有化石能源而解决能源环境问题的前景越来越得到全世界的一致认可和推动。然而，目前太阳能电池的光电转换效率依然不高。影响光电转换效率的因素主要有三个：一是光的吸收；二是光生电子空穴对的分离与传输；三是电荷的收集。光伏材料是太阳能电池的关键部分，因此，提升太阳能电池的光电转换效率的主要途径是提高光伏材料对光的吸收和抑制光生载流子的复合，而实现这两者的研究主要集中在能带调控上。如何制备能带位置匹配的新型光伏材料依然是目前研究的难点和热点。
最近，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员黄富强带领的光电转换材料与器件研究课题组与北京大学化学系合作对黄铜矿结构电池材料CuInS2和CuGaS2合理地进行Sn在In/Ga位的掺杂，成功地在禁带中间引入半充满的中间能带（Sn掺杂CuGaS2带隙减小至1.8 eV，而吸收范围延伸至1.0 eV即近红外区域，Sn掺杂CuInS2薄膜则将带隙减小至1.0 eV左右），作为小能量光子跃迁的跳板，克服了材料光学带隙对太阳光谱响应范围的限制，实现VBM CBM， VBM IB， IB CBM三个光子激发电子跃迁的通道，从而实现了覆盖大部分太阳能光谱的响应，大大提高了光电流，从而有望大幅提高电池转换效率。
该合作团队基于调控中心离子配位场来实现材料禁带宽度的降低，探索制备了一种新型窄带隙铁电光伏材料：KBiFe2O5。相对于八面体场，四面体场具有较小的分裂能，从而能够有效地降低材料的禁带宽度，样品结构是由四面体配位的FeO4四面体层通过Bi2O2链连接而成的三维骨架结构，禁带宽度为1.59 eV，为目前已知高温多铁材料中禁带宽度最窄的，由于本征极化场的存在，有效降低光生载流子的复合率，样品表现出明显的光伏响应，产生突破材料带隙限制的光生电压，电压高达8.8 V，光生电流为15 mA/cm2，高于已知最佳铁电光伏材料性能。
该合作团队基于调控中心离子配位场来实现材料禁带宽度的降低，探索制备了一种新型窄带隙铁电光伏材料：KBiFe2O5。相对于八面体场，四面体场具有较小的分裂能，从而能够有效地降低材料的禁带宽度，样品结构是由四面体配位的FeO4四面体层通过Bi2O2链连接而成的三维骨架结构，禁带宽度为1.59 eV，为目前已知高温多铁材料中禁带宽度最窄的，由于本征极化场的存在，有效降低光生载流子的复合率，样品表现出明显的光伏响应，产生突破材料带隙限制的光生电压，电压高达8.8 V，光生电流为15 mA/cm2，高于已知最佳铁电光伏材料性能。
这一研究结果的意义在于：一方面成功制备了一类新型中间带太阳能电池材料，并实现了宽光谱响应及光电流的大幅提升；另一方面实现了铁电光伏材料中结构调控带隙宽度的设想，为开发新一代具有可控微结构及高光电转换效率的新型太阳能电池提供了新思路。
瑞典开发高效不锈钢基板CIGS薄膜电池制造技术
瑞典斯德哥尔摩，2014年1月27日。Midsummer 是一家制造低成本和可挠性CIGS薄膜电池设备的领先供应商。Midsummer 的研发团队开发了高速制造CIGS太阳能电池片在真空状态溅射沉积所有材料，这将提供许多发展中国家生产低成本高效率电池片的机会。
透过高速溅射技术，太阳能电池的制造周期可大大缩短。Midsummer 应用不锈钢为基板材料且电池片无含毒镉成分，其生产高效率薄膜铜铟镓硒电池片之制程能力极具竞争力 。制造过程是在全真空状态溅射沉积所有材料，因此对制造环境以及洁净室等要求并不严格。
瑞典商Midsummer的执行长— Sven Lindstrom指出：“大多数的光伏专家认为可挠性薄膜太阳能电池是太阳能能源的未来。 我们独特的生产线系统使可少量生产CIGS电池并达到低成本、高速及高效率产品。”
薄膜铜铟镓硒太阳能电池模组比传统玻璃做的硅片电池模组更加轻薄，且完全无含毒镉的成分，由于模组可无框制造并且任意弯曲，因此非常适合应用在城市里的建筑物和其他交通工具上。Midsummer 研发团队的努力证明了再生能源技术的潜能， 成功研发15.0% 孔径面积转换效率的无镉CIGS电池片，并采用0，3毫米厚度，尺寸225平方毫米之不锈钢基板。透过冲压含铁的不锈钢作为基材，使用溅射技术沉积缓冲层 ， 一般来说是化学气相沉积技术或通过原子层沉积，而铜铟镓硒层是利用合金靶材以短周期溅射沉积，其制程改善一般硒化太阳能电池所需要的长时间。
使用 Midsummer 先进太阳能电池片生产线， 电池片可在不锈钢基板上制成 ，以便制造可挠性太阳能模组 ，缓冲层并无含毒镉之成分。镉具有很强的毒性，可致癌以及导致其它疾病。为了生产线人员安全健康着想，应避免在生产太阳能电池片过程中使用镉成分。
Midsummer 的先进生产工艺技术带给发展中国家制造低成本太阳能电池的绝佳机会，其原因在于：可从最小规模 （5兆瓦） 开始投入资本，且由于制造过程在全真空环境下，故对洁净室的要求并不严格，高度自动化的生产线降低对作业人员的依赖。使用Midsummer生产线所制造的模组，既耐用又具可挠性，非常适合应用在不稳供电国家以及离网电的领域。
Midsummer的turn-key生产线 – DUO，提供市面上最小单机生产规模，单机年产能为5兆瓦，若客户需要扩充产能，只须加购DUO机台。Midsummer 的光伏核心技术是在真空中溅射沉积所有薄膜层。Midsummer 的DUO设备为最具成本效益的铜铟镓硒电池片生产线。
Midsummer的铜铟镓硒电池具有与晶硅太阳能电池的外观一致，区别于采用不锈钢作为底材，故其电池片不但能用于生产传统玻璃模组，且可以制成为质量轻薄，弹性耐用的可挠性太阳能模组，其适用于土工模建筑物，垃圾填埋场或其他玻璃太阳能模组无法应用之处。
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