作為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的技術(shù)基石——太陽能電池技術(shù)的迭代備受關(guān)注。繼第一代晶硅、第二代銅銦鎵硒、碲化鎘后，鈣鈦礦正成為近年來太陽能電池界一顆冉冉升起的新星。


2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka首次用鈣鈦礦太陽能電池發(fā)電，光電轉(zhuǎn)換效率僅為3.8%,經(jīng)過十余年的發(fā)展，目前鈣鈦礦實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率的最高紀(jì)錄已經(jīng)達(dá)到25.5%，效率提升速度遠(yuǎn)高于其他的光伏電池技術(shù)。從當(dāng)前來看，轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)不是鈣鈦礦電池應(yīng)用的限制因素，更為關(guān)鍵的在于其產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品的穩(wěn)定性，這一點(diǎn)是決定鈣鈦礦技術(shù)產(chǎn)業(yè)化成敗的關(guān)鍵。


眾所周知，與晶硅組件的衰減機(jī)制不同，傳統(tǒng)鈣鈦礦吸光材料在長期光照加熱條件下結(jié)構(gòu)極易被破壞，導(dǎo)致電池性能迅速衰減，所以穩(wěn)定性也成為鈣鈦礦技術(shù)研發(fā)與量產(chǎn)過程中亟待解決的世界級(jí)難題。據(jù)介紹，目前提高鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)和組份本征光熱的穩(wěn)定性以及對(duì)電池進(jìn)行封裝是解決鈣鈦礦穩(wěn)定性問題的主要手段。實(shí)際上，盡管目前參與鈣鈦礦技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)眾多，但能夠推出符合量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的鈣鈦礦組件并通過穩(wěn)定性認(rèn)證的卻少之又少。


一般來說，對(duì)鈣鈦礦產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定性認(rèn)證，需要考慮兩個(gè)因素：認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)。由于最新的標(biāo)準(zhǔn)中尚未發(fā)布鈣鈦礦組件的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，目前鈣鈦礦產(chǎn)品的認(rèn)證暫時(shí)參照晶硅組件的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，以該標(biāo)準(zhǔn)得出的認(rèn)證結(jié)果，基本代表著當(dāng)前鈣鈦礦電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度。


國際電工委員會(huì)(IEC) 61215標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)光伏晶硅組件的認(rèn)證測(cè)試主要分為以下幾種：性能測(cè)試(Performance test)、環(huán)境箱老化測(cè)試(Chamber test)、電器安規(guī)測(cè)試(Electrical shock & Harzard tests)、機(jī)械應(yīng)力測(cè)試(Machanical stress tests)、戶外測(cè)試(Outdoor test)。


其中，性能測(cè)試包括最大功率點(diǎn)的測(cè)試、低輻照度下的性能、熱斑耐久實(shí)驗(yàn);環(huán)境箱老化測(cè)試包括光衰老化實(shí)驗(yàn)、冷熱循環(huán)試驗(yàn)、濕凍測(cè)試試驗(yàn)、濕熱測(cè)試試驗(yàn)、紫外老化試驗(yàn);電器安規(guī)試驗(yàn)包括絕緣試驗(yàn)、濕漏電流試驗(yàn)、旁路二極管試驗(yàn);機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)包括引出端強(qiáng)度試驗(yàn)、機(jī)械載荷試驗(yàn)、冰雹試驗(yàn)。除此之外，IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)中還包括了單項(xiàng)及序列測(cè)試，以用來評(píng)估組件在戶外長期可靠性。


事實(shí)上，據(jù)光伏們了解，主攻鈣鈦礦技術(shù)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)大部分測(cè)試結(jié)果均為單項(xiàng)測(cè)試，到目前為止，僅有纖納光電公開披露了其鈣鈦礦產(chǎn)品通過第三方測(cè)試的穩(wěn)定性報(bào)告，包括老化測(cè)試以及加嚴(yán)測(cè)試，在解決鈣鈦礦技術(shù)的穩(wěn)定性問題方面獲得了突破性的進(jìn)展。


2019年，纖納光電的鈣鈦礦組件通過了IEC 61215:2016標(biāo)準(zhǔn)中四項(xiàng)環(huán)境箱老化測(cè)試，分別為冷熱循環(huán)測(cè)試、光衰老化測(cè)試、濕熱老化測(cè)試和紫外老化測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，組件老化后的轉(zhuǎn)換效率均與初始值相當(dāng)。這是全球首例符合IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)的鈣鈦礦組件的產(chǎn)品認(rèn)證，這意味著鈣鈦礦技術(shù)正式走出實(shí)驗(yàn)室，邁向市場，開啟了新的征程。


2021年初，纖納的鈣鈦礦組件再次通過了IEC 61215:2016標(biāo)準(zhǔn)中三項(xiàng)環(huán)境箱老化測(cè)試的加嚴(yán)測(cè)試，分別為1000 h的光衰老化實(shí)驗(yàn)(在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光輻照度下，組件老化溫度為70oC)、3000 h的濕熱老化實(shí)驗(yàn)、100kWh紫外老化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，組件老化后的轉(zhuǎn)換效率均與初始值相當(dāng)。


此次由第三方權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國VDE與泰爾實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合認(rèn)證，該認(rèn)證也是全球首例IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)的鈣鈦礦組件產(chǎn)品認(rèn)證。


實(shí)際上，上述兩項(xiàng)認(rèn)證結(jié)果代表著，纖納光電的鈣鈦礦組件穩(wěn)定性與其他已經(jīng)商業(yè)化的技術(shù)基本相當(dāng)，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了先前的穩(wěn)定性預(yù)期。


不過也有行業(yè)專家提醒道，鈣鈦礦產(chǎn)品的認(rèn)證暫時(shí)參照了IEC 61215:2016對(duì)晶硅光伏組件的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。但這兩種產(chǎn)品的吸光材料以及其它功能材料不同、溫度系數(shù)也不同，因此在制訂鈣鈦礦產(chǎn)品的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要根據(jù)電池性能特性及衰減機(jī)理設(shè)計(jì)突出最薄弱環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，才能真正將鈣鈦礦組件應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中。


“比如，鈣鈦礦組件的溫度系數(shù)與晶硅組件不同，在測(cè)試前需要的穩(wěn)定周期及組件預(yù)處理方式不同。鈣鈦礦組件厚度薄，在太陽光模擬光源下可以快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此不需要按照晶硅組件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。另外，由于遲滯效應(yīng)的影響，大多數(shù)鈣鈦礦組件的正反掃電性能有差距，在測(cè)試轉(zhuǎn)化效率及組件功率時(shí)測(cè)試方法也會(huì)影響測(cè)試結(jié)果”。


以纖納光電為代表的鈣鈦礦組件在穩(wěn)定性方面屢獲突破，但仍需通過更多的實(shí)地場景應(yīng)用來檢驗(yàn)鈣鈦礦光伏技術(shù)的商業(yè)化程度。目前，已經(jīng)陸續(xù)有兆瓦級(jí)規(guī)模的中試線啟動(dòng)，鈣鈦礦疊層電池的研發(fā)也逐步進(jìn)入正軌，但同時(shí)，在太陽能電池的江湖中，關(guān)于技術(shù)流派、效率紀(jì)錄、檢測(cè)認(rèn)證等一系列的爭議也在繼續(xù)……無論怎樣，被行業(yè)寄予厚望、號(hào)稱能改變光伏行業(yè)進(jìn)程的技術(shù)類型——鈣鈦礦技術(shù)正在大放光彩，為未來而戰(zhàn)! 光伏們