作為光伏產業發展重要的技術基石——太陽能電池技術的迭代備受關注。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，日本科學家Tsutomu Miyasaka首次用鈣鈦礦太陽能電池發電，光電轉換效率僅為3.8%,經過十余年的發展，目前鈣鈦礦實驗室轉換效率的最高紀錄已經達到25.5%，效率提升速度遠高于其他的光伏電池技術。從當前來看，轉換效率已經不是鈣鈦礦電池應用的限制因素，更為關鍵的在于其產業化產品的穩定性，這一點是決定鈣鈦礦技術產業化成敗的關鍵。


眾所周知，與晶硅組件的衰減機制不同，傳統鈣鈦礦吸光材料在長期光照加熱條件下結構極易被破壞，導致電池性能迅速衰減，所以穩定性也成為鈣鈦礦技術研發與量產過程中亟待解決的世界級難題。據介紹，目前提高鈣鈦礦材料結構和組份本征光熱的穩定性以及對電池進行封裝是解決鈣鈦礦穩定性問題的主要手段。實際上，盡管目前參與鈣鈦礦技術研發與生產的企業與學術機構眾多，但能夠推出符合量產標準的鈣鈦礦組件并通過穩定性認證的卻少之又少。


一般來說，對鈣鈦礦產品進行穩定性認證，需要考慮兩個因素：認證標準和檢測機構。由于最新的標準中尚未發布鈣鈦礦組件的認證標準，目前鈣鈦礦產品的認證暫時參照晶硅組件的認證標準。這意味著，以該標準得出的認證結果，基本代表著當前鈣鈦礦電池技術的產業化進度。


國際電工委員會(IEC) 61215標準中對光伏晶硅組件的認證測試主要分為以下幾種：性能測試(Performance test)、環境箱老化測試(Chamber test)、電器安規測試(Electrical shock & Harzard tests)、機械應力測試(Machanical stress tests)、戶外測試(Outdoor test)。


其中，性能測試包括最大功率點的測試、低輻照度下的性能、熱斑耐久實驗;環境箱老化測試包括光衰老化實驗、冷熱循環試驗、濕凍測試試驗、濕熱測試試驗、紫外老化試驗;電器安規試驗包括絕緣試驗、濕漏電流試驗、旁路二極管試驗;機械應力試驗包括引出端強度試驗、機械載荷試驗、冰雹試驗。除此之外，IEC 61215標準中還包括了單項及序列測試，以用來評估組件在戶外長期可靠性。


事實上，據光伏們了解，主攻鈣鈦礦技術的學術機構大部分測試結果均為單項測試，到目前為止，僅有纖納光電公開披露了其鈣鈦礦產品通過第三方測試的穩定性報告，包括老化測試以及加嚴測試，在解決鈣鈦礦技術的穩定性問題方面獲得了突破性的進展。


2019年，纖納光電的鈣鈦礦組件通過了IEC 61215:2016標準中四項環境箱老化測試，分別為冷熱循環測試、光衰老化測試、濕熱老化測試和紫外老化測試，測試結果顯示，組件老化后的轉換效率均與初始值相當。這是全球首例符合IEC 61215標準的鈣鈦礦組件的產品認證，這意味著鈣鈦礦技術正式走出實驗室，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標準中三項環境箱老化測試的加嚴測試，分別為1000 h的光衰老化實驗(在1個標準太陽光輻照度下，組件老化溫度為70oC)、3000 h的濕熱老化實驗、100kWh紫外老化實驗驗，組件老化后的轉換效率均與初始值相當。


此次由第三方權威認證機構德國VDE與泰爾實驗室聯合認證，該認證也是全球首例IEC 61215標準的鈣鈦礦組件產品認證。


實際上，上述兩項認證結果代表著，纖納光電的鈣鈦礦組件穩定性與其他已經商業化的技術基本相當，甚至遠遠超過了先前的穩定性預期。


不過也有行業專家提醒道，鈣鈦礦產品的認證暫時參照了IEC 61215:2016對晶硅光伏組件的認證標準。但這兩種產品的吸光材料以及其它功能材料不同、溫度系數也不同，因此在制訂鈣鈦礦產品的測試標準時，需要根據電池性能特性及衰減機理設計突出最薄弱環節的穩定性，才能真正將鈣鈦礦組件應用到現實生活中。


“比如，鈣鈦礦組件的溫度系數與晶硅組件不同，在測試前需要的穩定周期及組件預處理方式不同。鈣鈦礦組件厚度薄，在太陽光模擬光源下可以快速達到穩定狀態，因此不需要按照晶硅組件測試標準對其進行預處理。另外，由于遲滯效應的影響，大多數鈣鈦礦組件的正反掃電性能有差距，在測試轉化效率及組件功率時測試方法也會影響測試結果”。


以纖納光電為代表的鈣鈦礦組件在穩定性方面屢獲突破，但仍需通過更多的實地場景應用來檢驗鈣鈦礦光伏技術的商業化程度。目前，已經陸續有兆瓦級規模的中試線啟動，鈣鈦礦疊層電池的研發也逐步進入正軌，但同時，在太陽能電池的江湖中，關于技術流派、效率紀錄、檢測認證等一系列的爭議也在繼續……無論怎樣，被行業寄予厚望、號稱能改變光伏行業進程的技術類型——鈣鈦礦技術正在大放光彩，為未來而戰! 光伏們