我國科研團隊刷新世界紀錄 大面積全鈣鈦礦光伏組件取得新突破 光伏組件行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析報告

• 李波 2024年2月26日 來源：中研普華集團、央視財經(jīng)、中研網(wǎng) 1227 80
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據(jù)南京大學消息，該校譚海仁教授課題組研制的大面積全鈣鈦礦光伏組件取得新突破，經(jīng)國際權威第三方機構測試，其穩(wěn)態(tài)光電轉化效率達24.5%，刷新此類組件的世界紀錄，也為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下技術基礎。相關論文2月23日發(fā)表在國際學術期刊《科學》上。

據(jù)南京大學消息，該校譚海仁教授課題組研制的大面積全鈣鈦礦光伏組件取得新突破，經(jīng)國際權威第三方機構測試，其穩(wěn)態(tài)光電轉化效率達24.5%，刷新此類組件的世界紀錄，也為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下技術基礎。相關論文2月23日發(fā)表在國際學術期刊《科學》上。

據(jù)譚海仁介紹，鈣鈦礦是新型太陽能電池的重點研發(fā)方向之一。和傳統(tǒng)晶硅材料相比，鈣鈦礦光伏組件更輕、更薄，具有可彎曲、半透明等良好特性，應用場景更豐富。近年來，譚海仁課題組一直致力于研究鈣鈦礦，取得小面積電池光電轉化效率28%、大面積疊層組件光電轉化效率21.7%等成果。

“疊層組件由帶隙不同的子電池堆疊而成，窄帶隙子電池能夠吸收寬帶隙子電池吸收不了的光，理論上，疊層組件的光電轉化效率應該更高，21.7%這個結果顯然不能令人滿意?！闭撐墓餐谝蛔髡?、南京大學2019級直博生高寒告訴記者，實驗室制備的小面積電池只有1平方厘米左右，而真正具有商用價值的是組件，所以必須突破大面積疊層組件的效率關。

難點在于窄帶隙鈣鈦礦薄膜的生產(chǎn)工藝?！罢瓗垛}鈦礦薄膜的結晶過程太快，不好控制，大面積制備時，會出現(xiàn)薄膜不均勻的問題。而且鈣鈦礦的結晶過程上下不同步，容易導致薄膜的底部產(chǎn)生大量缺陷?！备吆f。

為了解決這個問題，譚海仁課題組在前驅(qū)體溶液中加入了甘氨酰胺鹽酸鹽，它能夠減緩鈣鈦礦的結晶速率，將薄膜的制備時間延長到原來的10倍左右，并且能自發(fā)誘導修復底部缺陷。

高寒表示，用這種辦法制造的窄帶隙鈣鈦礦薄膜，與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結合后，所形成的疊層組件面積達20.25平方厘米。經(jīng)過國際權威第三方機構測試，該組件取得24.5%的光電轉化效率，相關數(shù)據(jù)被國際《太陽能電池效率表》收錄，目前尚無同類組件打破該紀錄。

譚海仁表示，此次突破為后續(xù)發(fā)展打下了技術基礎，“我們還將不斷嘗試制備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦光伏組件，向著產(chǎn)業(yè)化的目標踏實前進?！?/p>

由于單片太陽電池輸出電壓較低，加之未封裝的電池由于環(huán)境的影響電極容易脫落，因此必須將一定數(shù)量的單片電池采用串、并聯(lián)的方式密封成太陽電池組件，以避免電池電極和互連線受到腐蝕，另外封裝也避免了電池碎裂，方便了戶外安裝，封裝質(zhì)量的好壞決定了太陽電池組件的使用壽命及可靠性。

太陽電池組件是由高效晶體硅太陽能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。具有使用壽命長，機械抗壓外力強等特點。太陽電池常規(guī)組件的結構形式有下列幾種，玻璃殼體式結構、底盒式組件、平板式組件、無蓋板的全膠密封組件。

由于單體太陽電池本身易破碎，易被腐蝕，若直接暴露在大氣中，光電轉化效率會由于潮濕、灰塵、酸雨等的影響而下降，以致?lián)p壞失效。因此,太陽電池一般都必須通過膠封、層壓等方式封裝成平板式構造再投人使用。太陽電池組件要求：①有一定的標稱工作電流輸出功率。

②工作壽命長，要求組件能正常工作20~30年，因此要求組件所使用的材料，零部件及結構，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個組件失效。③有足夠的機械強度,能經(jīng)受在運輸、安裝和使用過程中發(fā)生的沖突，振動及其他應力。④組合引起的電性能損失小，組合成本低。

光伏組件行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

進入“十四五”，我國風電機組、光伏組件將逐步迎來集中退役，隨之面臨關鍵部件的批量化處置問題。以光伏為例，我國是光伏組件制造和應用大國，組件產(chǎn)量占全球的四分之三以上，在應用方面，新增和累計裝機容量均連續(xù)多年保持全球第一的地位。

截至2021年底，我國光伏累計裝機容量已達到3.06億千瓦，若以每塊光伏組件300瓦、體積0.066立方米、重量19千克來計算，即使僅考慮目前我國已有的裝機容量，當全部光伏電站25年運行期滿后，廢棄的光伏組件將產(chǎn)生約6700萬立方米、約2000萬噸的固體廢物。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年國內(nèi)光伏組件行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報告》顯示：

光伏發(fā)電在很多國家已成為清潔、低碳、同時具備價格優(yōu)勢的能源形式，光伏開始進入全面平價期，全球光伏市場開啟新一輪增長。

數(shù)據(jù)顯示，2013年全球光伏累計裝機容量為140.51GW，2022年全球光伏累計裝機容量達1053.12GW。隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨罄^續(xù)增加，中國的光伏產(chǎn)業(yè)有望繼續(xù)發(fā)展壯大。2022年我國光伏組件行業(yè)市場規(guī)模2699.04億元，同比增長85.22%。

2022年我國光伏組件行業(yè)市場均價1.95元/W，同比2021年的1.7元/W增長了14.7%。隆基、天合、晶科、晶澳等行業(yè)龍頭紛紛進行垂直一體化布局。2022 年，光伏一體化龍頭企業(yè)毛利率均高于10%。

中國政府加強對可持續(xù)發(fā)展的承諾，將光伏產(chǎn)業(yè)納入可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略的核心。中國繼續(xù)在技術研發(fā)和創(chuàng)新方面取得重要進展，推動了高效能太陽能電池和組件的市場份額。中國仍然是全球光伏組件生產(chǎn)的領導者，出口到世界各地，同時也在國內(nèi)市場迅速增長。2022年我國光伏組件行業(yè)產(chǎn)量288.7GW，進口量3.5GW，出口量153.6GW，國內(nèi)光伏組件行業(yè)需求量138.6GW。

政府政策、技術創(chuàng)新和全球市場需求的推動都在推動這一行業(yè)的不斷壯大。隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨罄^續(xù)增加，中國的光伏產(chǎn)業(yè)有望繼續(xù)發(fā)展壯大。

2022年我國光伏組件行業(yè)市場規(guī)模2699.04億元，同比增長85.22%。2022年我國光伏組件行業(yè)市場均價1.95元/W，同比2021年的1.7元/W增長了14.7%。

近年來下游需求持續(xù)向好、企業(yè)擴產(chǎn)意愿強烈。2017-2021年中國工業(yè)硅產(chǎn)量整體呈上升趨勢，由2017年的220萬噸增長至2021年的261萬噸，增長幅度達到41萬噸。

2022年上半年中國工業(yè)硅產(chǎn)量為143.6萬噸，同比增長26.9%。雖然我國是全球最大的工業(yè)硅生產(chǎn)國、消費國和出口國，但仍存在高品質(zhì)硅石依賴進口、供應保障不足、產(chǎn)業(yè)迭代升級困難的局面。

光伏組件行業(yè)發(fā)展前景及規(guī)劃分析

國家能源局發(fā)布的《<關于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案>案例解讀》提及，推動退役風電機組、光伏組件回收處理技術和相關新產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，實現(xiàn)全生命周期閉環(huán)式綠色發(fā)展。下一步，將加快政策與標準制定，盡快完善行業(yè)標準、技術規(guī)范、認證體系等，確立合理的商業(yè)模式。

國務院辦公廳轉發(fā)由國家發(fā)改委、國家能源局起草的《關于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》?！秾嵤┓桨浮峰^定到2030年我國風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上的目標，重點針對影響新能源大規(guī)模、高比例發(fā)展的政策堵點、痛點、空白點等，提出切實可行、具備操作性的政策措施。

此后，國家能源局組織編寫了案例解讀材料， 對各政策點的背景、目的，已經(jīng)出臺措施及下一步政策落實方向等進行了詳細闡述。

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