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2024年中國鈣鈦礦電池行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析 單結(jié)、疊層多元發(fā)展【組圖】

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20 黃皓月 ? 2023-12-14 14:10:54  來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院 E5732G0

鈣鈦礦電池行業(yè)主要上市公司:寧德時代(300750.SZ);隆基綠能(601012.SH);天合光能(688599.SH);晶科能源(688223.SH);晶澳科技(002459.SZ);杭蕭鋼構(gòu)(600477.SH);寶馨科技(002514.SZ)等

本文核心指標:鈣鈦礦太陽能電池發(fā)電原理;鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu);鈣鈦礦電池類型;各類太陽能電池理論極限轉(zhuǎn)換效率;鈣鈦礦電池不同技術(shù)路線優(yōu)劣勢對比

鈣鈦礦電池發(fā)電原理為光生伏特效應(yīng)

鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池,其發(fā)電原理基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng),利用電子和空穴對產(chǎn)生電流。鈣鈦礦電池器件的工作機制總體可以被劃分為五個過程:光子吸收過程、激子擴散過程、激子解離過程、載流子傳輸過程以及電荷收集過程。經(jīng)過五個過程后,自由電子通過電子傳輸層后被陰極層收集,自由空穴通過空穴傳輸層后被陽極收集,兩極形成電勢差,電池與外加負載構(gòu)成閉合回路,回路中形成電流。

圖表1:鈣鈦礦太陽能電池發(fā)電原理

鈣鈦礦電池主要結(jié)構(gòu)有三種

常見高效鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)是由透明導(dǎo)電氧化物(FTO或ITO)、電子傳輸層(ETL)、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層(HTL)、金屬電極(背電極)組成的。根據(jù)電子傳輸層與空穴傳輸層位置不同,可分為正式結(jié)構(gòu)電池(n-i-p)與反式結(jié)構(gòu)電池(p-i-n);根據(jù)電荷傳輸層的形貌結(jié)構(gòu),可分為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。目前反式平面結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進程中較為主流的選擇,布局該類電池的企業(yè)包括協(xié)鑫光電、極電光能等。

圖表2:鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)及其作用、特點

圖表3:鈣鈦礦電池類型及其特點

鈣鈦礦電池理論極限轉(zhuǎn)換效率高

從技術(shù)路線來看,鈣鈦礦電池主要有單結(jié)鈣鈦礦電池和疊層鈣鈦礦電池。如果一個鈣鈦礦電池只有鈣鈦礦本身的“三明治”結(jié)構(gòu),那么就是單結(jié)鈣鈦礦電池。所謂疊層鈣鈦礦電池,是指鈣鈦礦層可以堆疊在彼此之上,也可以堆疊在傳統(tǒng)晶硅太陽能電池之上,形成能夠吸收更寬太陽光譜的“串聯(lián)”電池。按照不同材料的堆疊,疊層鈣鈦礦電池的技術(shù)路線有晶硅/鈣鈦礦疊層電池、全鈣鈦礦疊層電池、薄膜電池(如銅銦鎵硒)/鈣鈦礦疊層電池等。

鈣鈦礦電池擁有更高的理論轉(zhuǎn)換效率,未來發(fā)展空間更大。追求持續(xù)的降本增效一直是光伏行業(yè)發(fā)展的主旋律,目前晶硅電池越來越接近29.4%的理論極限,發(fā)展?jié)摿τ邢?而鈣鈦礦電池擁有更高的31%理論轉(zhuǎn)換效率上限,且可與其他電池進行雙結(jié)、三結(jié)疊層,分別達到35%和45%的轉(zhuǎn)換效率。

圖表4:各類太陽能電池理論極限轉(zhuǎn)換效率(單位:%)

量產(chǎn)技術(shù)路線存在差異

目前工業(yè)界出于穩(wěn)定性、效率、成本的統(tǒng)一考慮,基本比較認同:單結(jié)結(jié)構(gòu)方面采用平面反式結(jié)構(gòu),疊層方式上采用兩端疊層。但在量產(chǎn)技術(shù)路線上存在差異,主要表現(xiàn)在做單結(jié)還是疊層電池,如果做疊層,是選擇鈣鈦礦/晶硅疊層,還是全鈣鈦礦疊層。

不同技術(shù)路線各有優(yōu)劣,目前晶硅大廠傾向選擇鈣鈦礦/晶硅疊層的路線,全鈣鈦礦路線比較適合初創(chuàng)企業(yè)。從技術(shù)現(xiàn)狀來看:1)效率上,鈣鈦礦/晶硅疊層發(fā)展最快,效率最高;2)光電損失上,單結(jié)電池損失最小;3)穩(wěn)定性上,全鈣鈦礦電池穩(wěn)定性最差;4)成本上,全鈣鈦礦電池成本度電最低;5)主流廠商選擇路線:量產(chǎn)階段單結(jié)和疊層電池廠商數(shù)量相近,戰(zhàn)略規(guī)劃階段則大部分廠商選擇疊層電池,其中晶硅大廠為發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢,首選鈣鈦礦/晶硅疊層。仁爍光能獨樹一幟選擇全鈣鈦礦疊層,為初創(chuàng)企業(yè)技術(shù)路線選擇提供參考。

圖表5:鈣鈦礦電池不同技術(shù)路線優(yōu)劣勢對比

更多本行業(yè)研究分析詳見前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國鈣鈦礦電池(PSCs)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》。

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2025-2030年中國鈣鈦礦電池(PSCs)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告
2025-2030年中國鈣鈦礦電池(PSCs)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告

本報告前瞻性、適時性地對鈣鈦礦電池(PSCs)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展背景、供需情況、市場規(guī)模、競爭格局等行業(yè)現(xiàn)狀進行分析,并結(jié)合多年來鈣鈦礦電池(PSCs)產(chǎn)業(yè)發(fā)展軌跡及實踐經(jīng)驗...

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