稳态效率21.7%!南京大学刷新钙钛矿光伏组件记录!

来源:南京大学发布时间:2022-05-16 16:15:08

近日,南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授课题组,运用涂布印刷、真空沉积等量产化技术,在国际上首次实现了全钙钛矿叠层光伏组件的制备,开辟了大面积钙钛矿叠层电池的量产化、商业化的全新路径。‍‍‍‍‍‍

经国际权威第三方测试机构认证,大面积组件稳态输出效率高达21.7%,是目前报道钙钛矿光伏组件的世界最高效率,被最新一期的《太阳电池世界纪录表》(Solar cell efficiency tables)收录。

相关成果于2022年5月13日,以“Scalable processing for realizing 21.7% efficient all-perovskite tandem solar modules”为题发表在《Science》期刊上。

谭海仁课题组致力于高效率新型太阳能电池的基础和应用研究,服务于“碳达峰碳中和”国家重大战略需求。近年来,课题组围绕“全钙钛矿叠层太阳能电池”这一国际前沿科学领域开展了系统深入的研究:提出了新型隧穿结结构,突破了全钙钛矿叠层制备难题,发展了增强钙钛矿晶粒表面缺陷钝化的新方法,实现了世界纪录效率26.4%的全钙钛矿叠层电池,并在国际上首次超越了单结钙钛矿电池的最高认证效率,相关成果于2022年1月17日发表于《Nature》主刊。

稳态效率21.7%!南京大学刷新钙钛矿光伏组件记录!

南京大学谭海仁课题组《Nature》发布光电领域新进展

虽然实验室小面积钙钛矿电池已取得很高的转换效率,但大面积钙钛矿光伏组件的商业化进程依然面临诸多挑战,其中可量产化制备以及组件中互连结构的长期稳定性是产业化的关键瓶颈。要实现全钙钛矿叠层组件的量产化制备,首先需要解决宽带隙钙钛矿薄膜大面积均匀制备的难题。

尽管业界在常规带隙钙钛矿的规模化制备上已经取得了较大进展,但这些制备技术很难适用于宽带隙钙钛矿。宽带隙钙钛矿中含有较高的溴化物组分,其溶解度较低,溶剂选择空间较小,结晶调控不易,难以获得高质量均匀致密的薄膜,国际上对其量产化制备技术研究几乎是空白的。

针对上述挑战,研究团队首次提出可量产化的全钙钛矿叠层电池制备方案,采用涂布印刷、真空沉积等制备技术替换实验室常用的旋涂成膜工艺,实现全钙钛矿叠层电池的可量产化制备。针对宽带隙钙钛矿在涂布过程中结晶调控难题,团队通过调整钙钛矿组分(CsxFA1-xPbI1.8Br1.2)中A位阳离子的Cs含量,结合气吹辅助结晶的刮涂方法,有效调控了宽带隙钙钛矿的形核结晶过程,揭示了Cs含量对钙钛矿成膜影响的机制,实现了宽带隙钙钛矿薄膜的量产化涂布印刷制备(图1)。研究发现增加组分中Cs含量比例能有效提升钙钛矿的形核结晶速率,将其含量调整为35%(即组分为Cs0.35FA0.65PbI1.8Br1.2)时,可获得结晶性最好且平整致密的宽带隙钙钛矿薄膜,这为量产化制备全钙钛矿叠层组件打下坚实基础。

稳态效率21.7%!南京大学刷新钙钛矿光伏组件记录!

图1气吹辅助涂布法制备宽带隙钙钛矿薄膜。(A)气吹辅助涂布法示意图;(B-E)不同Cs含量钙钛矿薄膜和电池性能的表征。

在串联型钙钛矿光伏组件中,每两个子电池的连接区存在复杂的互连结构,在该互连区内由于钙钛矿吸光层与背面金属电极间直接接触,存在钙钛矿中卤素离子与金属间相互扩散的问题,导致金属材料的腐蚀和钙钛矿材料电学性能的下降。为了克服上述互连结构中的离子扩散难题,团队巧妙地采用原子层沉积(ALD)制备致密的SnO2电子传输层(ALD-SnO2),该ALD-SnO2层可完美地保形沉积于子电池间的互联区域,有效阻隔了互连结构中钙钛矿与金属间的直接接触(见图2A)。此外,该ALD-SnO2层具有足够的导电性,不会影响互连区域中金属电极与前表面透明导电氧化物电极间的欧姆接触。

同时,该导电且保形的阻隔层,也作为电池活性区域中的电子传输层,可有效阻隔离子迁移和金属电极的扩散,阻止空气对窄带隙钙钛矿的氧化,实现了大气氛围条件下组件的互联制备、测试和封装等操作过程。基于此创新性的组件结构设计,显著提升了组件的制备重复性、光伏性能以及稳定性。大面积叠层组件实验室测试效率高达22.5%,经日本JET认证的稳态效率达21.7%,是目前报道钙钛矿光伏组件的世界最高效率,被最新一期的《太阳电池世界纪录表》(Solar cell efficiency tables,version 59)收录(图3)。审稿专家高度评价“该工作是光伏领域中一个重要的里程碑,采用可量产的制造技术实现了超高效、稳定和低成本的太阳能组件”(I believe this work represents a significant milestone towards highly efficient, stable, and cost-effective solar modules fully using scalable fabrication techniques)。

稳态效率21.7%!南京大学刷新钙钛矿光伏组件记录!

图2 全钙钛矿叠层太阳能组件。(A)引入扩散阻挡层ALD-SnO2后的全钙钛矿叠层太阳能组件示意图;(B-D)全钙钛矿叠层太阳能组件的光伏性能;(E)全钙钛矿叠层与单结钙钛矿太阳能组件认证效率表。

稳态效率21.7%!南京大学刷新钙钛矿光伏组件记录!

图3 叠层太阳能电池世界纪录效率表(Version 59)

南京大学博士生肖科为该论文的第一作者,南京大学现代工学院谭海仁教授和牛津大学Henry J. Snaith教授为论文的共同通讯作者。该项研究工作得到了南京大学徐骏教授、新加坡国立大学侯毅教授的指导与支持,也得到了国家自然科学基金、教育部前沿科学中心、江苏省自然科学基金等项目的资助,南京大学固体微结构物理国家重点实验室、关键地球物质循环教育部前沿科学中心对该项研究工作给予了重要支持。

谭海仁,南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师,入选中组部“海外高层次人才引进计划”、江苏省“双创人才”及“双创团队”领军人才,国家重点研发计划课题负责人。2008、2011和2015年先后从中南大学、中科院半导体研究所、荷兰代尔夫特理工大学获得本科、硕士和博士学位;2015-2018年加拿大多伦多大学博士后。长期从事新型光伏材料与器件的研究工作,包括钙钛矿太阳能电池、硅基太阳能电池及新型高效低成本叠层太阳能电池,实现了全钙钛矿叠层太阳能电池、平面型钙钛矿太阳能电池、非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池光电转换效率的世界记录,钙钛矿叠层电池的世界纪录3次被业界权威的“Solar cell efficiency tables”收录。

责任编辑:zhouzhenkun
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
安徽一光伏企业“讨债”来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-14 08:51:29

安徽旭合新能源科技有限公司(蓝丰生化控股子公司)因货款纠纷,向南京仲裁委员会申请仲裁,向北京银燕涵海智慧科技有限公司追索欠款。双方于2025年4月签订光伏组件购销合同及补充协议,后于2026年5月6日达成还款协议;旭合科技已依约完成全部组件发货义务,但北京银燕未按期支付货款,截至仲裁申请时,尚欠本金2262.25万元。旭合科技据此请求裁决对方返还等值光伏组件,并承担仲裁费、财产保全费等全部费用。该事件反映出光伏产业链下游回款风险对上游供应商经营的影响。(198字)

从工厂到电站,一块组件如何 “一路通关” ?来源:高景太阳能股份有限公司 发布时间:2026-10-13 17:39:19

高景光伏组件以IEC 62759-1国际标准为“通关密钥”,首创全状态运输可靠性验证体系:从真实路况风险识别、实验室多维预演,到整托出货级实测,再到电站长期性能闭环。将运输隐裂率压至行业领先水平,让每块组件抵达电站时,性能承诺依然成立。

不沾灰只是开始,多重防护才是硬实力来源:晶科新场景 发布时间:2026-10-13 09:33:31

飞虎3不沾灰组件不止表面清洁,更以四分片N型TOPCon技术实现防遮挡、防积灰、防起火、防热斑四重防护,热斑温度降超30℃,获TÜV A+抗阴影认证;叠加弱光高发(傍晚增益达14.8%)、双面率85%±5%及6%发电增益,真正兼顾安全、长效与收益。

高景太阳能光伏组件技改环评公示来源:广州市生态环境局 发布时间:2026-10-13 09:07:22

广州高景太阳能科技有限公司位于广州市花都区汽车产业基地的101#组件车间高效光伏组件改建项目,于10月8日获广州市生态环境局环评批复。该项目不新增用地,依托现有厂区(总占地约26.7万平方米,建筑面积约21.3万平方米),主要对既有车间进行技术改造,以提升高效光伏组件产能。改建后,年产能达2782.6万块,产品包括N型Topcon与BC技术路线的单玻、双玻72P组件,具体为Topcon单玻72P(1252.17万块)、BC单玻72P(139.13万块)、Topcon双玻72P(834.78万块)及BC双玻72P(556.52万块)。项目总投资1.2亿元,其中环保投资160万元,用于落实污染防治措施。

耀世首发|东方日升伏曦 AAA 级防眩光组件,高效向阳,告别眩光来源:东方日升新能源 发布时间:2026-10-12 06:31:13

东方日升伏曦AAA级防眩光组件首发,获TÜV莱茵AAA权威认证。首创玻璃+电池双层协同防眩光技术,搭载异质结平台,功率高达730Wp,兼顾高效发电与眩光抑制。专适机场、交通沿线、社区及地标建筑等敏感场景,破解光污染难题,满足环评合规要求,实现能源效率与建筑美学统一。

正泰新能两项钙钛矿叠层光伏技术入选2026年第一批科技计划项目拟立项(备案)公示来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-10-12 06:16:00

海宁市科技局于2026年9月30日至10月13日公示2026年第一批科技计划项目拟立项名单,其中正泰新能科技股份有限公司牵头申报的两项钙钛矿叠层光伏技术项目入选。一项为产学研合作项目,聚焦高效稳定的钙钛矿/TOPCon叠层太阳电池研发,由何晨旭负责;另一项为科技型企业备案制项目,致力于钙钛矿/晶硅四端叠层技术开发,由李晓伟负责。两个项目均执行期为2026年7月1日至2029年6月30日,实施地位于海宁市黄湾镇。此次立项反映了海宁市对下一代高转换效率光伏技术的重点支持,也凸显正泰新能在钙钛矿叠层电池前沿方向的技术布局与研发实力。(198字)

国投电力120MW光伏组件招标来源:国投集团电子采购平台 发布时间:2026-10-12 05:59:32

国投电力就北岸经济开发区东乌垞A区二期100MW渔光互补光伏电站项目,启动光伏组件设备采购(二次)公开招标。项目直流侧采购容量约119.9744MWp,要求供应商提供650Wp及以上的BC或TOPCon单晶硅双面双玻组件,尺寸为2382×1134mm,电池片尺寸不小于210mm×182mm,最大系统电压≥1500VDC(IEC标准),转换效率不低于24.1%(不含背面增益),功率公差为0~+3%。组件须配铝合金边框(厚度≥1.6mm,满足沿海环境要求),并配套同型号成品连接线及正负极插头。招标范围涵盖设计、制造、检验、包装、运输(含保险)、交货、开箱验收、技术文件交付、技术服务、质保及风险承担等全周期工作。工期为212日历天,不接受联合体投标。

新区种子独角兽!用钙钛矿打开光伏新赛道来源:凤凰网 发布时间:2026-10-10 14:26:24

长春日耀光电科技有限公司是依托中国科学院长春应用化学研究所科研力量,于2023年9月在长春新区成立的东北首家专注钙钛矿太阳能电池研发与产业化的企业。公司以新型SAM分子材料、薄膜在线检测装备及钙钛矿电池组件为主营方向,已实现多项国际首创技术突破,包括无NiOx大面积制备工艺和SAM原位表征一体化装备,显著降低产线与制造成本。其钙钛矿/晶硅叠层电池效率达34.2%(NREL认证,全球前三),半透明电池效率率先突破12%。目前SAM材料市场渗透率超40%,大尺寸电池完成打样,省内首例钙钛矿自供能系统及100kW光储充电站即将落地。企业已签约多方战略伙伴,正加速建设中试线与电池产线,目标2030年建成投产,年产值不低于10亿元。

比亚迪取得光伏组件及太阳能专利,提升了发电效率来源:金融界 发布时间:2026-10-10 10:18:26

比亚迪股份有限公司近日获得一项名为“一种光伏组件及太阳能”的实用新型专利(授权公告号CN224843691U),该专利于2025年7月提交申请。专利核心在于优化光伏组件的内部结构:通过将汇流条直接设置在层压件表面,并使其与层压件表面的焊丝实现电连接,从而提升电流汇集与传输效率。这一设计减少了传统布线对有效受光面积的占用,使电池片在层压件内可更紧凑、合理地布置,进而提高单位面积的光电转换效率。该技术属于光伏组件结构改进范畴,旨在增强太阳能发电系统的整体性能。

大面积钙钛矿太阳能电池光电转换效率创新高来源:科技日报 发布时间:2026-10-10 09:52:29

澳大利亚新南威尔士大学与UtmoLight公司合作,成功研制出面积达676平方厘米(30 cm × 30 cm)的大面积钙钛矿太阳能电池,实现23.5%的光电转换效率,刷新世界纪录。该成果证实钙钛矿技术在放大尺寸后仍能保持高效率,显著提升了其规模化制造与产业化应用前景。研究通过材料创新与工艺优化,取消了易引发不稳定的氧化镍层,简化制程并提升性能。团队下一步将试制2.8平方米的全尺寸商用组件,验证更大面积下的可行性。尽管钙钛矿在成本与光谱利用(如与硅基电池叠层)方面优势突出,但其在湿热环境下的稳定性、大面积均匀性控制及长期可靠性仍是产业化亟待突破的关键挑战。(199字)

姚安县65MW光伏发电项目水土保持方案报告书拟审批公示来源:姚安县行政审批局 发布时间:2026-10-10 09:29:00

本文为姚安县行政审批局关于《大龙潭光伏发电项目水土保持方案报告书》的审批前公示。项目位于姚安县栋川镇大龙口村和白龙寺村,属新建65MW光伏发电工程,建设内容包括10个光伏大方阵、22个子方阵、249台组串式逆变器、130208块650Wp单晶硅双面组件及22台不同容量箱式变压器;配套建设35kV地埋电缆线路1.55公里、场内道路3.36公里,并占用土地54.65公顷(含永久占地3.56公顷、临时占地51.09公顷)。项目主要占地类型为林地与草地。公示期为2026年9月30日至10月12日,旨在依据相关法律法规征求公众意见。