太阳电池/光伏组件效率纪录，晶硅材料、晶硅电池及组件、薄膜电池、新型薄膜电池、光伏系统与应用技术进展。本篇为学习笔记，供大家参考！

　　美国国家可再生能源实验室(NREL)定期发布最高太阳电池研究效率图，最新为2021年12月14日版，见下图。

　　2021年5月，中国可再生能源学会光伏专业委员会发布《2021年中国光伏技术发展报告》，给出NREL太阳电池效率纪录如下。

　　硅材料有单晶硅、多晶硅和非晶硅，直拉单晶硅和铸造多晶硅占太阳电池材料市场份额98%，其中单晶硅2020年市场份额近90%。

　　2019年，我国多晶硅、晶体硅、太阳电池和组件产量占国际总量58%、93%、75%、73%。

　　2020年底，PERC电池产能已达200GW，对于120GW全球产出已经过剩。

　　2020年，HJT电池设备开始采用M6硅片代替M2或M4硅片；设备与硅片尺寸兼容性强，老产线mm硅片。

　　2019年电池以5主栅为主，2020年新型主栅技术包括7主栅、9主栅、12主栅、0主栅(SWCT)和无栅线(IBC)。

　　HJT电池价格比PERC高，其中BOM高84%、设备高109%、制造高72%，需从设备、低温银浆、靶材方面降低成本。

　　2020年硅基薄膜电池研发方向：性能优化设计、新结构设计、新型叠层电池、BIPV和IOT应用、与其它系统复合应用、电池组件。

　　国内硅基薄膜电池研发方向：性能优化设计、柔性太阳电池、与其它系统复合应用。

　　硅基量子阱、量子点太阳电池、IOT基础应用为硅基薄膜电池研发提供了新思路。

　　2020年，小面积CIGS电池纪录效率23.35%，柔性衬底CIGS电池20.8%；近几年CIGS电池效率很可能达到25%。

　　产业化和应用方面，汉能MiaSolé大尺寸柔性CIGS电池组件效率17.44%，神华光伏CIGS电池量产组件全面积效率17.6%。

　　CIGS电池研发方向：吸收层能带梯度优化，碱金属后处理工艺改进，界面层改性，缓冲层工艺优化，去缓冲层研发，叠层技术等。

　　CIGS电池/钙钛矿叠层电池是重要方向，四端叠层电池效率可能突破30%。

　　CIGS电池需降成本，拓展应用市场，如可穿戴设备、无人机、弧形车顶等；设备国产化问题也亟待解决。

　　小面积柔性CZTSSe电池效率10.3%, 大面积柔性器件效率8.61%。

　　CZTSSe电池研究方向：吸收层性能优化、阳离子掺杂、异质结界面优化、新型无镉缓冲层、背接触工程。

　　小面积CZTSSe电池效率低而不能产业化，随着效率突破CZTSSe电池有望实现产业化。

　　2020年，First Solar公司出货量5.7GW，用于集中式发电、光伏建筑一体化、分布式发电、户用光伏等领域。

　　小面积CdTe电池器件纪录效率22.1%，组件效率19%，国内小面积CdTe电池效率约20%。

　　CdTe电池研究方向：Zn1-xMgxO窗口层、含Se吸收层、吸收层掺杂改性、背接触等。

　　CdTe电池成本略低于晶硅，大规模发电领域有一定竞争力；CdTe电池非常适合BIPV、分布式发电等新领域，应用场景多样化。

　　2020年，欧美日GaAs电池研究方向：双结III-V族电池、III-V族与Si叠层电池、III-V族薄膜制备、III-V薄膜电池应用等。

　　美国NREL和澳大利亚UNSW合作，创造双结电池效率32.9％。单结电池效率29.1%，三结电池效率37.9%。

　　我国GaAs电池目前以空间应用为主，三结电池效率超过30%，自研电池效率不到35%。

　　国内还没有民用消费品市场领域GaAs薄膜电池产品；多途径降低GaAs电池成本，是未来该领域需解决的关键问题。

　　新型薄膜电池指晶体硅、砷化镓、铜铟镓硒和碲化镉外，以薄膜材料作为吸光层的电池，包括钙钛矿电池、有机电池、量子点电池等。

　　新型薄膜电池可制备在不同衬底(如玻璃、高分子材料、不锈钢箔等)上，具有质轻、体薄、柔性、多彩等优势。

　　2020年，单结钙钛矿电池认证PCE为25.5%，钙钛矿模组认证PCE为18.6%。

　　单结钙钛矿电池理论PCE约33%，双结叠层钙钛矿电池理论PCE可达40%。

　　钙钛矿/硅叠层电池认证PCE为29.5%，钙钛矿/钙钛矿叠层电池认证PCE为24.2%。

　　钙钛矿电池优势：制备方法多元，成本低；可与晶硅结合实现叠层；材料使用少，不使用稀缺元素；质轻、体薄、柔性、多彩等。

　　钙钛矿电池挑战：大面积电池效率提升、长期稳定性、规模化生产、重金属铅、柔性器件、叠层器件等。

　　钙钛矿电池应利用其柔性、多彩、轻薄等优势形成不可替代产品，走出应用第一步。

　　2020年，单结有机太阳电池认证PCE达到18.2%，柔性器件PCE突破15.21%。

　　2018年，叠层有机太阳电池PCE为17.3%；可见光透光率22.58%时，有机半透明太阳电池PCE可达到13.49%。

　　有机太阳电池种类：聚合物太阳电池(聚合物-小分子)、全聚合物太阳电池(聚合物-聚合物)、全小分子太阳电池(小分子-小分子)。

　　有机太阳电池优势：可溶液加工，成本低；材料种类繁多，廉价易得，易改性；重量轻、柔性、可实现半透明。

　　有机太阳电池研究方向：工作机理、新型给受材料、活性层形貌控制、界面工程、器件结构开发改善等。

　　量子点电池分类：肖特基型量子点电池、异质结量子点电池、聚合物杂化电池、量子点敏化电池(QDSC)。

　　研究方向：量子点敏化剂、金属氧化物电子传输层材料、电极、量子点薄膜电池等。

　　其它薄膜电池技术，以含量丰富、环境友好、性能稳定、效率提升快的新型化合物为主。

　　新型吸光材料主要基于S系元素，包括铜基硫系、锑基硫系、锌基硫系、铁基硫系、锡基硫系、锗基硫系等。

　　铜基硫系和锑基硫系电池最高效率超过10%，GeSe认证效率达到5.2%。

　　光伏发电在我国电力能源市场占比逐年提高，应用场景包括大型地面电站、工商业分布式、建筑光伏、光伏复合应用(光伏+)等。

　　2020年，地面光伏电站方面，印度、日本增量减少30%和9%，美国增长近14GW，欧盟新增装机容量18.2GW，前五位为德国、荷兰、西班牙、波兰、法国。

　　2020年上半年，我国新增地面光伏电站7.07 GW，一季度同比下降24.04%，二季度同比增长21.77%，7月开始17.85GW项目完成备案。

　　分布式光伏发电，指在用户场地附近建设，用户侧“自发自用、余电上网”，在配电系统平衡调节的光伏发电设施。

　　分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用原则，充分利用当地太阳能资源，替代减少化石能源。

　　分布式光伏发电能有效提高同规模光伏电站利用率，解决电力升压及长途运输损耗问题。

　　2020年，全国新增分布式光伏发电装机1552万千瓦，累计装机达到7894万千瓦，占全国光伏发电装机容量31.12%。

　　与储能结合是分布式光伏发展方向，微电网、净零能耗(净零电耗)建筑、智能家居是储能分布式光伏典型应用场景。

　　光伏建筑一体化(BIPV)将光伏发电技术融入建筑结构或材料，成为建筑物有机组成部分。

　　自“金太阳工程”开始，国内分布式光伏发电系统以BAPV为主，多将组件固定在建筑屋面上，直接作为玻璃幕墙或厂房屋面形式较少。

　　适用于双玻或非晶硅等无边框光伏组件，多用于建筑外立面，与玻璃幕墙类似，有隐框式、明框式、半隐式和点支式四种类型。

　　适用于带边框光伏组件，多用于建筑屋面；W型支架有导水功能，将渗漏水汇集排入天沟。

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