柔性钙钛矿电池研发获新进展 或成行业颠覆性竞争者

焦点 柔性钙钛矿电池未来如何

近日，罗马大学、德国弗劳恩霍夫有机电子研究所和哥伦比亚南哥伦比亚大学的研究人员开发了一种可弯曲的钙钛矿太阳能电池，用于室内应用，据称可以在100－500勒克斯照度下工作。

相比传统的硅晶太阳能电池，柔性钙钛矿太阳能电池是基于可以弯曲、折叠、重量低的太阳能电池，因其高效率，低成本，且制备工艺简单，因而成为太阳能电池行业最具颠覆性的竞争者之一。柔性钙钛矿太阳能电池可以满足航空航天中的临近空间装备、野外军事信息化装备、阳光动力无人机、高空探测装备以及如手机等种类繁多消费类电子产品的一些特别需求。而柔性衬底是决定柔性钙钛矿太阳能电池性能的关键因素。

目前用于柔性器件制备的衬底主要为聚合物衬底，当达到临界弯曲半径时，其透明导电层发生断裂，导致光电性能发生严重衰减，同时水分子极易穿过聚合物衬底，影响电池的机械和钙钛矿长期稳定性。上文提到的研究成果100微米厚的设备是通过在透光率超过80％、每平方电阻为13欧姆、弯曲度在20．5mm曲率下超过1600道弯曲工序的超薄柔性玻璃上涂覆铟锡氧化物的滚对滚溅射技术制造的。该设备在致密的氧化锡层上安装了介孔支架，据研究人员称，在200和400勒克斯LED照明下，这是实现20．6％和22．6％细胞转换效率的决定性因素。据开发人员说，这些效率水平是设计用于室内使用的柔性光伏电池的最高记录，也比柔性基板上性能最好的钙钛矿光伏电池高60－90％。“每克重量（W／g）的特定功率（瓦特）比塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯（Pet）薄膜高出40－55％，比刚性玻璃高出一个数量级，”欧洲－哥伦比亚小组说。从理论上讲，该项技术已经成为了行业颠覆性竞争者。

研究合著者托马斯·布朗说，估计生产成本生产成千上万平方米的完全封装钙钛矿在柔性太阳能电池玻璃每年将大约110美元／每平方米。“考虑到为低功率电子设备（如无线传感器）提供能量所需的电池面积取决于室内照明水平；设备的耗电量有多高；以及它感知和交流的频率；因此，生产光伏组件的相关成本——不包括切割、包装和集成——将从不到0．10美元到1美元不等。”灵活的钙钛矿的工业规模生产的太阳能电池在宠物基质成本约为34美元／ 每平方米，不包括特殊封装成本。“交换的成本灵活的塑料基板，约6美元／每平方米，超薄玻璃基板的估计成本大约40美元／ 每平方米，钙钛矿太阳能电池的制造成本灵活的玻璃将是68美元／每平方米。增加10美元对于简单的塑料薄膜封装和40美元一片灵活的玻璃－所需的应用程序需要的最长寿命的成本完全封装光伏电池对超薄柔性玻璃室内使用78 － 108美元／每平方米。

据微锂电小组分析，设备灵活的精密卷绕对位制造玻璃不仅可以实现氧化锡铟，而且对所有其他层在未来为了降低制造成本，提高生产产量的太阳能电池和允许灵活的钙钛矿的应用这些设备作为首选室内光线矿车为低功耗电子、传感器节点和物联网设备。此外，研究人员补充说，将他们的设备投入大规模生产将需要将电池面积从1平方厘米增加到10平方厘米左右，潜在地将效率数字降低到18％左右——对于柔性钙钛矿电池来说仍然是非常高的。

太阳能电池产业一直是国际高科技产业竞争的焦点。最近几年一个突出的现象就是不同国家和研发团队技术的突破和成果的发布时间点往往都非常接近。近期，西安交大电信学院吴朝新教授他的团队研制的柔性钙钛矿太阳能电池也已发布，目前实现玻璃基板钙钛矿电池效率突破22％，柔性器件效率突破19％。在国内A股上市企业中，主营包括晶体硅太阳能电池芯片及组件业务的拓日新能（002218）在钙钛矿太阳能电池项目最近取得重大进展；万润股份（002643）和金信诺（300252）也拥有钙钛矿太阳能电池应用和制备方面专利储备。