NEDO与东芝合作开发出全球面积最大的薄膜型钙钛矿光伏电池模块

环境能源 2018年06月27日
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日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)与东芝合作,利用东芝拥有的弯月面涂布技术和新开发的工艺等,开发出了模块面积为703cm2(全球最大)、能源转换效率为11.7%的薄膜型钙钛矿光伏电池模块,实现了以前难以兼顾的单元大面积化和高效率化。新开发的模块不但面积大,同时还具备柔性和轻量性,有望扩大光伏电池的可设置场所。

双方今后将进一步扩大模块面积,通过开发材料涂布和印刷技术并改良钙钛矿层的材料等,力争实现与晶体硅光伏电池不相上下的高效率,同时最终实现2030年将发电成本降至7日元/kWh的目标。

1.概要

目前主流的晶体硅光伏电池因重量和形状的原因,设置场所有限。薄膜型钙钛矿光伏电池柔软且重量轻,因此能设置在以前因承重性较低而无法设置的建筑上,以及有助于促进零能耗建筑(ZEB)和零能耗住宅(ZEH)普及的墙壁等,可实现多样化的设置形态。而且可以使用廉价的材料,利用涂布和印刷工艺形成,能够低成本制造,因此作为新一代光伏电池受到关注。另一方面,虽然小面积单元(0.09cm2)的能源转换效率达到22.7%,已经证实具备逼近晶体硅光伏电池单元的高效率,但面积较大的单元难以均匀成膜,存在性能大幅降低的倾向。另外,在薄膜上成膜也比较困难,所以一直未能实现尺寸达15cm×15cm以上的模块。

NEDO与东芝合作开发出全球面积最大的薄膜型钙钛矿光伏电池模块

图1:全球面积最大的薄膜型钙钛矿光伏电池模块
(24.15cm×29.10cm,面积为703cm2)

东芝在NEDO的项目中,利用其拥有的弯月面涂布技术和新开发的工艺等,开发了全球面积最大(703 cm2)的薄膜型钙钛矿光伏电池模块,实现了以前难以兼顾的单元大面积化和高效率化,能源转换效率达到11.7%。

今后,将通过提高生产效率进一步降低成本,并实现模块的轻量化,薄膜型钙钛矿光伏电池有望应用于现有光伏电池无法设置的用途,除开发大面积涂布和印刷技术外,还计划实现900cm2的实用化尺寸,进一步扩大面积,同时通过改良钙钛矿层的材料等,力争实现与晶体硅光伏电池不相上下的高效率。最终目标是实现2030年将发电成本降至7日元/kWh的目标。

关于此次的成果,预定在6月20日开始于日本太平洋横滨国际会展中心举行的第13届可再生能源世界展览会上,在NEDO的展区展示试制品。

2.成果

利用弯月面涂布技术扩大模块尺寸

通过开发面向大面积单元的涂布工艺,并改良油墨成分,控制了基板上的碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(CH3NH3I,MAI)的反应。另外,通过优化涂布时的工艺控制和钙钛矿晶体的生长条件,成功提高了大面积单元的面内膜厚均匀性及晶体膜质量的均匀性。最终,尺寸(703cm2)接近实用模块(900cm2)的单元也实现了11.7%的转换效率,向实用化迈进一步。

NEDO与东芝合作开发出全球面积最大的薄膜型钙钛矿光伏电池模块

图2:利用弯月面涂布技术制造薄膜型钙钛矿光伏电池模块的示意图

NEDO与东芝合作开发出全球面积最大的薄膜型钙钛矿光伏电池模块

图3:大面积单元涂布工艺的开发

文 客观日本编辑部

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