国外想在光伏电池技术上“弯道超车”中国,连美国都两次下注!

国外居然想在光伏电池技术上“弯道超车”中国,尤其是小日子,在非晶硅败北后,又梭哈钙钛矿,就连美国都两次下注,这玩意真的能击溃中国光伏产业世界第一的地位吗?

光伏材料的发展史—多晶硅

1975年,美国无线电公司发明了世界第一种非晶硅薄膜电池,光电转换效率是5.5%,虽然不高,但也是新能源的曙光,由于质地薄且柔软,可以覆盖在各种设备和建筑表面,使得这种材料在缺煤少油的日本,得到了长足的发展,日本先后投入了大量资源,很快就引领非晶硅电池的发展,咱们现在用的太阳能计算器,最初就是日本推向市场的非晶硅电池产品。在1996-2004年间,日本在这方面是有绝对优势的,但日本有个老毛病,那就是吃独食,跟氢能一样,光想吃绝食,最后成绝户。日本光伏企业坚持技术壁垒,就是为了独占全球市场,结果跟现在的氢能源一样,大家另辟蹊径,不带他玩了,国际上开始转向多晶硅技术,

1955年德国西门子,搞出了“西门子法”,但投入产出比低,还产生有毒物质,总之,不太理想,后来电脑出现,半导体飞速发展,多晶硅的需求不断增加,各国不断优化“西门子法”,最终,德国在2004年,已经占据全球光伏市场份额的80%以上,日本又又又点错技能树了。

直到2007年,我们在光伏产业这块都是白纸一张,但“先胖不是胖,后胖压倒炕”,在国内进口的第一条多晶硅生产线上,我们就是搞研发,总之,就是不出四年,我们多晶硅产能便世界第一了。

外国想凭借钙钛矿颠覆中国在光伏产业的龙头地位,到底行不行?别急,我们前面讲了中国搞定了多晶硅,再来说说下一个目标—单晶硅,最后再说说这个钙钛矿。

光伏材料的发展史—单晶硅

单晶硅才是最早实用化的光伏电池,只不过成本太高,一直没有市场优势,大家又都忙着发展多晶硅,但是中国擅长“两手抓”,2013年隆基横空出世,用金刚线切割工艺和直拉单晶技术,使单晶硅的成本下降20%。众所周知,光伏发电是要追求更高的光电转换效率的,100分太阳光能照射下来,能留下多少能力转换成电能?日本在2017年创造了单结晶硅26.7%的转换率,只不过这个记录只保持了五年,2022年,隆基提高到了26.81%,别看只有0.11个百分点,但在光电转换里,0.1%都是壁垒般的突破了。

这都快让那些发达国家绝望了,技术是他们先发现的,环保新能源是他们先提出的,领头羊也该是他们的才对,怎么事态“诡异”的变化了!?

于是,他们闷头去找新的光伏材料,力求打破中国“垄断”,2009年日本科学家在研究太阳能电池新材料的时候,无意发现钙钛矿光反应性非常好,首次使用钙钛矿电池发电,但效率只有可怜的3.8%,谁能想到,现在已经接近30%了,马上,西方各大科学领域的大佬们,纷纷叫好“钙钛矿”。

光伏材料的发展史—钙钛矿

钙钛矿既不含钙,也没有钛,更不是矿,就是一大类晶体结构相同的化合物,鸡蛋壳主要成分碳酸钙,也能算是一种“钙钛矿”,如今晶硅电池29.4%的转换率,算是摸到了天花板了,钙钛矿目前的光电转换效率已经达到了31.3%,而三层理论效率可以超过50%,确实前途无量。

只为打破中国在光伏市场的龙头地位,备受资本市场追捧的“钙钛矿”,其量产不过5000片电池,八字没一撇的事,可见西方国家在光伏这块是真的“急了”。

钙钛矿的优缺点

钙钛矿的优点前面说了,光电转换效率高算一个,其次,生产效率也高,从化工原料到组建成型,只需要45分钟,而晶硅需要三天起步。最后,钙钛矿原材料更便宜,成本价只有晶硅电池的二十分之一,还不像晶硅那样供不应求。投入少,制作流程短,成本低,听上去是真好,但是钙钛矿也不是没有缺点,那就是稳定性差,寿命比较短,制约了商业化应用。

稳定性差算是个世界科学难题,钙钛矿容易受到温度和湿度的影响,化学键合作用弱,钙钛矿电池在使用几个月后就失去了10%的电池效率,而硅电池在30-40年后还可以保持80%的性能。

有这样的缺点又如何,他们追捧的目的本就是“弯道超车”中国,2020年美国能源部宣布投入2000万美元研发钙钛矿光伏技术,2022年再次追加5600万美元支持替代多晶硅的太阳能技术。日本媒体更是夸张,说要借助钙钛矿光伏电池打翻身仗。

没成想,咱们对钙钛矿的研发和生产并不落后任何国家。当年我们“一穷二白”,原材料、核心设备和技术都依赖进口,如今我们光伏产业是自主可控程度最高的制造业之一。况且,钙钛矿并不是晶硅的敌人,是并肩作战的战友,在串联电池中,将钙钛矿层堆,叠在硅电池的顶部,吸收不同波长的光,可以获得互补的能量,所以在晶硅拥有巨大优势的中国,怎么可能会被弯道超车呢!?

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页面更新:2024-02-27

标签:弯道   中国   转换率   电池   单晶硅   国都   日本   光电   效率   国外   材料   技术

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