光伏新技术:斯坦福大学发明制造钙钛矿电池制造超快方法

作者: | 发布日期: 2020 年 11 月 30 日 9:43 | 分类: 产业资讯

尽管钙钛矿太阳能电池被称为新一代电池技术,但目前需要解决的重大挑战不仅是其转化效率和固有的不稳定性,还有难以大规模生产的问题。

在11月25日发表在《焦耳》杂志上的一项新研究中,斯坦福大学的研究者展示了一种超快的方法来生产稳定的钙钛矿电池,通过快速喷涂等离子体处理生产的钙钛矿光伏电池,斯坦福大学教授Reinhold Dauskardt的新制造方法让钙钛矿模电池生产速度比传统方法快了四倍。

钙钛矿太阳能电池是由廉价、丰富的化学物质(如碘,碳和铅)制成的合成晶体薄膜。薄膜电池重量轻,可弯曲,可以在露天实验室中和在接近水沸点的温度下生长,与精炼工业硅所需的3,000华氏度(1,650摄氏度)熔炉相去甚远。

科学家已开发出25%转化效率的钙钛矿电池,足以与硅媲美。但是这些实验电池最大的问题是“它们通常只是小指指甲的那么大,一旦尝试制造更大的电池就会产生缺陷和针孔,从而大大降低电池效率。”此外与持续20到30年的晶硅电池不同,薄膜钙钛矿在受热和受潮时最终会降解。

科学家可以在实验室中制造一个小型演示设备。但是传统的钙钛矿加工方法无法实现快速、高效的生产。

- 产业化突破:超快、效率、稳定

为了应对大规模生产的挑战,斯坦福大学Reinhold Dauskardt团队采用了他们最近发明的一项专利技术:快速喷涂等离子体处理。

该机器人设备以每分钟40英尺(12米)的速度生产钙钛矿太阳能电池,处理器使用两个喷嘴制作钙钛矿光伏薄膜。一个喷嘴将化学溶液喷涂到一块玻璃板上,而另一个喷嘴释放出高反应性的离子化气体或等离子体。

“常规处理需要将钙钛矿溶液烘烤大约半小时,该创新在于使用等离子体高能源,一步将液态钙钛矿快速转化为薄膜太阳能电池,”研究人员表示,“每分钟生产40英尺(12米)钙钛矿薄膜,比制造硅电池快约四倍,这是所有太阳能技术中最高的产能,您可以想象将大块玻璃板放在辊子上,并以前所未有的速度连续生产钙钛矿层。”

仅是实验室超快还不够,生产过程需要能广泛实用。在研究人员看来,等离子处理系统可以以非常合理的成本在商业上购买。斯坦福大学的研究小组估计,他们的钙钛矿组件制造成本约为每平方英尺25美分,远远低于生产典型晶硅组件所需的每平方英尺约2.50美元。

除了创纪录的生产率,新铸造的钙钛矿电池还实现了18%的功率转换效率。钙钛矿制造商最终将必须提供稳定、高效的电池才能在商业上可行。为此,斯坦福团队制造的钙钛矿电池,在户外搁置了五个月,仍能以15.5%的效率运行。

传统的晶硅光伏发电的成本约为每千瓦时5美分。为了与晶硅竞争,钙钛矿电池必须封装在防潮层中,至少要防潮十年。研究团队现在正在探索新的封装技术和其他方法来显着提高耐用性。

参加全球钙钛矿产业化论坛的专家普遍认为:钙钛矿太阳能技术正处于商业化与烧钱的十字路口,巨资风投给到了创业公司,接下来的三年中,如果不能取得电池寿命的突破,不能快速实现产业化,资本将开始枯竭。如果能制造出一种能持续30年的钙钛矿组件,钙钛矿技术能将电力成本降低到每千瓦时2美分以下,从而满足公用事业规模的能源生产需要。

 

文章来源:光伏测试网

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