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钙铁矿电池在光伏行业的前景、优势以及检测需求

2023-08-23 15:08:47        来源:维科号

随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的日益提高,光伏发电作为一种可再生、清洁的能源形式,受到了广泛关注。钙钛矿因其优异的光电转换效率、低成本等特点,被认为是光伏领域的一种潜力无限的新材料,可谓是光伏届的“新星”。那么,提升钙钛矿电池的光电转换效率需要做哪些检测呢?


(资料图片)

光伏行业的前景

在2022年,中国新能源发电装机占总装机的49.5%,其中太阳能发电占比15.3%。相较2021年太阳能发电装机的12.9%,在一年时间里,太阳能发电装机占比增长了2.4%!可见光伏领域发电技术越来越精进,光伏发电的应用越来越广泛。

2022年中国发电装机占比层次结构图

在2020年9月,中国提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点,已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。在达到和碳中和的计划里,太阳能发电量占比约为40%。假设煤炭能源目前被新能源取代,其中光伏将占70%。

2022年全国新增并网容量87.41GW,同比增长59.3%。预计 2022 年-2025 年,国内年均新增光伏装机将达到 83~99GW。预计2030年新增光伏装机量为650GW,2060年人均光伏应该在5-10KW之间,需要约8580GW的光伏资源量。

钙钛矿和钙钛矿太阳能电池概述

钙钛矿是指一类陶瓷氧化物,其分子通式为ABX3;此类氧化物最早被发现,是存在于钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO3)化合物,因此而得名。应用于太阳能电池中的钙钛矿材料,A一般是有机胺离子(如 CH3NH3+,NH=CHNH3+),B一般是二价金属离子(如 Pb2+,Sn2+等),X 表示卤素离子(Cl-,Br-,I-)。

钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells),是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代高效薄膜电池。钙钛矿的结构形似“三明治”,典型结构有5层。两个电极就像三明治的两片面包分别位于最外层,由外向内挨着电极的是空穴传输层和电子传输层,而钙钛矿层则居于最中间。

对比晶硅材料,钙钛矿拥有更优秀的光电性质,其光吸收系数更高。同时,晶硅电池已逐渐接近29.4%的理论极限,而钙钛矿也拥有更高的理论转换效率,且可进行双节、三节的叠层,最高可达到45%的转换效率!可见钙钛矿太阳能电池的未来有无限可能。

钙钛矿太阳能电池的工艺流程及检测需求

目前主流的钙钛矿电池工艺流程为:顶电极ITO/FTO玻璃入线→激光刻蚀P1→清洗→制备空穴传输层→退火/干燥→制备钙钛矿吸光层→退火烘干→制备电子传输层→ 退火/干燥→激光刻蚀P2→制备背电极层→激光刻蚀P3→激光清边P4→测试分拣→封装。

其中,①激光刻蚀的作用是对P1、P2、P3进行激光划线,阻断导通,使整个钙钛矿面板形成一道道的子电池,且子电池互相串联。激光刻蚀后可能会在材料上留下微小毛刺,这些毛刺可能会影响电池的安全问题、转化效率等,所以需要对激光刻蚀后的微观形貌进行分析;②每层涂层的厚度会影响电池的转换效率,因此也需要对每层的涂层厚度进行检测;③薄膜的粗糙度会对电池短路电流、开路电压、填充因子有影响,进而影响光电转换效率,因此还需要对薄膜的粗糙度进行检测。

若能在钙钛矿层生产时,保持平整、致密、全覆盖、大晶粒,就可以实现钙钛矿层大面积生产。其主要制备难点是:①钙钛矿层厚度仅仅只有500nm,在制备过程中玻璃基底会受温度的影响热胀冷缩和翘曲,从而影响钙钛矿层的平整性,提高了成膜的难度;②一次性成膜面积在平米级,相比于晶硅电池镀膜的面积有显著提升,从而提升了成膜的难度。

优可测在光伏钙钛矿行业的检测案例

1、光伏玻璃油墨厚度测量

在新能源TWh制造时代中,作为核心企业之一的某司需要测量光伏玻璃油墨厚度,所需精度达纳米级,以保证其导电性,优可测采用了薄膜厚度测量仪AF-3000系列进行测量:

光伏电池油墨测量结果显示

检测结果显示,油墨层厚度为1148.0nm,匹配度达0.099636!且可以看出检测过程中光波稳定,光波的稳定可以使测量结果更加精准。优可测薄膜厚度测量仪采用了“氘灯”和“钨卤素灯”,光强更加均匀,频谱更加稳定,可以测量单层膜、多层膜、液态膜、气隙层、粗糙层和光滑层,一台机器覆盖多台机器的测量范围。

2、钙钛矿电池的涂层厚度测量、粗糙度测量以及激光蚀刻后的形貌分析

某家光伏能源公司希望检测钙钛矿太阳能电池的涂层厚度、薄膜粗糙度和激光刻蚀后的形貌,以此提高太阳能电池的光电转换效率。优可测根据客户需求,选用白光干涉仪AM-7000系列进行检测:

P1层涂层厚度检测

P2层涂层厚度检测

P2层粗糙度检测

P3层激光刻蚀后的形貌分析

P3层毛刺检测

综上所述,优可测白光干涉仪精度达纳米级,搭配大量程高速纳米压电陶瓷器件,可瞬间完成高达500万点云采集,能够快速、清晰直观地检测出微观三维形貌。客户收到优可测的检测报告后表示,“优可测白光干涉仪简直可以承包我们钙钛矿电池生产的全流程,膜厚、粗糙度、形貌分析它都能检测,是真正的一机多用!”。

针对客户的特殊测量要求,优可测还具备一定脚本编辑的开发配合能力,提供售后调试和协助软件开发的服务。

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