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光伏研发误区:电池研发不从组件角度思考问题

光伏电池组件  来源:PV兔子    2019/9/3 9:00:25  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:前言:笔者从业十数年,自己做过不下十个方向的研究,器件类型涉及到晶体硅片和若干种薄膜光伏器件,方向涉及到光、电、可靠性等方方面面,有成功的有失败的;又审过将近五十篇学术期刊和各类项目课题,有靠谱的有不靠谱的。这里抛砖引玉,对光伏研发的常见误区提出一些浅见,希望对读者有些帮助,万一遇到了坑,可绕道前行。

(来源:微信公众号“PV兔子” ID:PV-tools)

首当其冲,极其常见的误区是太阳能电池的研发不从组件的角度思考问题。太阳能电池,作为光伏系统中最核心的发电单元,技术含量最高,科学上最为基础,自然而然被大多数研究人员当做研究起始点。这本无可厚非,但是对于C端来说,太阳能电池本身顶多只是一“原材料”,只有互连、封装、接线后形成组件,才有哪怕最基本的实用性。对于光伏系统而言,组件才是最小的功能单元,太阳能电池并不是。

如果眼光仅限于太阳能电池的最优解,一定会出问题。举不胜举的所谓革命创新可以让电池效率高到难以置信,但是一旦转换到组件的发电功率、每瓦发电能力和系统的度电成本LCOE这些真正关乎$$$$的指标,可能立马缩水到令人发指。

比如电池的减反结构。谁都知道对电池最理想的减反,就是让上面的减反膜实现从光伏材料本身的折射率到真空1的渐变gradient index。玩法分两大类,一是氮化硅氧化硅氟化镁氧化钛折射率从高到低网上堆;二是同一材料加一点微米孔介孔纳米孔结构。然而大家有没有考虑过封装胶膜和玻璃的感受?有多少减反、效率的表征,是往上面加上index matching和玻璃盖板的?辛辛苦苦把折射率从3.4一路降到1,一测吸光效果,牛X的要命;没高兴多久,再加上折射率1.5的EVA和玻璃,马上现出原形。辛不辛苦,累不累?

1.png

(Optimization of broadband omnidirectional antireflection coatings for solar cells)

这里当然也点名结合微米大结构+纳米小结构的黑硅技术。表面复合的增加就不用说了,盖上EVA和玻璃以后光学上还有多少增益?CTM能到多少?大入射角情况下的陷光还剩几许?需要好好做做模拟算算账,大致确定有收益了再下手不迟。

比如下转换、双光子激发之流,原理大致都是一鸡多吃:一个光子进去,N个光子出来,或者N个电子空穴对出来。号称突破Shockley-Queisser极限毫无鸭梨。可惜了,依然有一个叫做玻璃(硅胶、亚克力也可以,无所谓了)的流氓横跨在你们的面前。玻璃一挡,300纳米(保守一点250也行)以上的光丝毫不透,落到太阳能电池材料上的高频短波光子颗粒无收,无论下转换双光子有多么奇技淫巧,恐巧妇难为无米炊!

2.png

(solmat.2017.02.016)

各种改造发射极,把蓝光量子效率做到接近100%的骚操作,也基本与上面的情形有同样的下场。君不见CTM有多惨。特别是那些牺牲红光换蓝光的操作,很可能收益为负。

有识之士会把减反结构、下转换做到玻璃里面,或者增强玻璃的UV透光率,这些都是正确的方向,但是目前看不出多少可靠性尚佳、成本可控的方案。况且,UV导致的电池片衰减,也必然让人头疼。LID,LeTID,PID已经够让人头疼了,再来一个UVID,实在是活不下去了。

那些纳米微米结构的操作,也必须确定能够逃得过层压封装的魔掌。高温流动性的封装胶膜天生是纳米结构的杀手。除非用某些抽真空层压无封装胶膜的方案还有些许可能性。

至于目前研究得火热的叠层电池tandem solar cell,二端口三端口四端口各式各样的设想,大概一考量电池互连的可行性,就可以毙掉一大半方案了吧。

3.png

(“Perovskite progress pushes tandem solar cells closer to market”, c&en)

这里并不是要给新的太阳能电池技术泼凉水,而是一个小小的提醒。正如笔者一直呼吁的,光伏的设计应该是面向系统的设计;任何有价值的新技术,必须是能够降低度电成本的技术。降低度电成本,是最终且唯一的评价标准。

任何新的太阳能电池技术的开发,必须要从组件端逆向思考。对研究人员而言最重要财富的是时间是青春,做无用功是最可惜的事情。

原标题:光伏研发误区之我见:电池研发不从组件角度思考问题

投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#换成@)
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