日本的NEDO和松下为最大面积的钙鈦矿太阳能电池组件达成全球最高的16.09%转换效率

- 此效率使以往难以安装的地方能创造高效率太阳能电池发电 -

日本川崎和日本大阪--(美国商业资讯)--经由开发採用玻璃基板的轻型技术及喷墨列印式的大面积涂覆方法，松下公司(Panasonic Corporation)已达成全球最高的钙鈦矿太阳能组件（孔径面积802 cm²：长30 cm x宽30 cm x 2 mm厚）能量转换效率(16.09%)。此为日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)专案中的一部分，而NEDO正致力於“技术开发以降低高效能和高可靠性太阳能发电的发电成本”，以促进太阳能发电的广泛普及。

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这种可以覆盖大面积的喷墨式涂覆方法能降低元件的製造成本。此外，这种大面积、轻量型、高转换效率的元件可以在立面等难以安装传统太阳能板的位置上创造高效率的太阳能发电。

展望未来，NEDO和松下将继续改进钙鈦矿层材料，以达到媲美晶硅太阳能电池的高效率，并创建在新市场中实际应用的技术。

1. 背景
全球应用最广泛的晶硅太阳能电池已在日本的兆瓦级大型太阳能、住宅、工厂和公共设施等领域发现市场。为进一步打入这些市场并获得新市场，打造更轻、更大的太阳能元件至关重要。

钙鈦矿太阳能电池^*1具有结构优势，因为其包含发电层在內的厚度仅为晶硅太阳能电池的百分之一，因此钙鈦矿元件的重量能够比晶硅元件轻。轻盈的特性使各种安装方式得以成为可能，例如使用透明导电电极安装在立面和窗户上，这种方式有助於净零能耗建筑(ZEB^*2)的广泛普及。此外，由於每一层都可以直接涂覆在基板上，与传统的製程技术相比，它们的生产可以更便宜。这正是钙鈦矿太阳能电池被视为下一代太阳能电池而受到瞩目的原因。

另一方面，儘管钙鈦矿技术达成可与晶硅太阳能电池相比的25.2%^*3功率转换效率，但是在小型电池中，以传统技术很难在整个大面积上均匀地摆列材料。因此，功率转换效率往往会下降。  

在此背景下，NEDO正在从事“技术开发以降低高效能和高可靠性太阳能发电的发电成本”^*4专案，以促进太阳能发电的进一步普及。作为该专案的一部分，松下开发了採用玻璃基板的轻型技术及喷墨法式的大面积涂覆方法，该方法包括将油墨生产和调整应用於钙鈦矿太阳能电池组件的基板。透过这些技术，松下已为钙鈦矿型太阳能电池组件（孔径面积802 cm²：长30 cm x宽30 cm x宽2 mm）达成全球最高的16.09%^*5功率转换效率。

此外，在製造过程中採用喷墨法的大面积涂敷法也有助於降低成本，而且该组件的大面积、轻量化、高转换效率特性，使得立面等传统太阳能电池板难以安装的场所也能进行高效率太阳能发电。

经由改进钙鈦矿层材料，松下的目标是达成可与晶硅太阳能电池相比的高效率，并创建在新市场中实际应用的技术。

2. 成果
聚焦於能够精确、均匀地涂覆原材料的喷墨涂覆法，松下将该技术应用於太阳能电池的每一层，包括玻璃基板上的钙鈦矿层，并实现了大面积组件的高功率转换效率。

[技术开发要点]
(1) 改进钙鈦矿前驱物的成分，以适用於喷墨涂覆
在形成钙鈦矿晶体的原子团中，甲胺在元件生产过程的加热过程中出现热稳定性问题（甲胺由於受热而从钙鈦矿晶体中被去除，进而破坏晶体的某些部分）。经由将甲胺的某些部分转变为具有适当原子直径大小的甲脒氢、銫、銣，他们发现该方法对於晶体稳定是有效的，且有助於高功率转换效率。

(2) 控制钙鈦矿油墨的浓度、涂覆量和涂覆速度
在利用喷墨涂覆法的薄膜形成製程中，图案涂覆具有灵活性，同时材料的点图案形成和每层表面上的结晶均匀性不可或缺。为满足这些要求，他们将钙鈦矿油墨的浓度调整到一定含量，并精确控制列印过程中的涂覆量和速度，进而实现了大面积元件的高功率转换效率。

透过在每层的形成中使用涂覆製程来使这些技术最佳化，松下成功地促进晶体生长，并提高厚度和晶体层的均匀性。结果，他们达成16.09%的功率转换效率，并向实际应用迈进一步。

3. 后续计画
经由实现大面积钙鈦矿元件的更低製程成本和更轻的重量，NEDO和松下公司将计画开闢从未安装和採用太阳能电池的新市场。依据与钙鈦矿太阳能电池相关的各种材料的开发，NEDO和松下的目标是达到可与晶硅太阳能电池相比的高效率，并努力将生产成本降至15日圆/瓦。

这些结果已在筑波国际会议场(Tsukuba International Conference Center)举行的钙鈦矿、有机太阳能和光电电子亚太国际会议(IPEROP20)上发表。
URL：https://www.nanoge.org/IPEROP20/program/program

[註解]
*1 钙鈦矿太阳能电池
光吸收层由钙鈦矿晶体组成的太阳能电池。
*2 净零能耗净建筑(ZEB)
ZEB（净零能耗建筑）是非住宅建筑，它安装能量负荷控制和高效率系统来维持室內环境品质，并实现节能和再生能源，最终目标是使年度能源基础收支差额变为零。
*3 能量转换效率25.2%
韩国化学技术研究院(KRICT)和麻省理工学院(MIT)已共同发表小面积电池的创世界纪录能量转换效率。
最佳研究电池效能（修订版11-05-2019）- NREL
*4 开发技术以降低高效能、高可靠性太阳能发电的发电成本
- 专案名称：降低高效能、高可靠性太阳能发电之发电成本的技术开发/新型结构太阳能电池的创新研究/创新的低成本生产与研究
- 专案时间：2015-2019年（每年）
- 参考资料：NEDO於2018年6月18日发佈的新闻稿“全球最大的薄膜式钙鈦矿太阳能组件”
https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100391.html
*5 能量转换效率16.09%
日本产业技术综合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)的MPPT方法（最大功率点追踪方法：更接近实际使用中之转换效率的测量方法）测得的能效值。

关於松下
松下公司是为消费电子产品、住宅、汽车及B2B业务的客户开发各种电子科技和解决方案的全球领军企业。於2018年庆祝成立100週年的松下公司已将业务扩张至全球，目前在全世界共经营582家附属公司和87家联营公司。截至2019年3月31日，其合併净销售额达8.003兆日圆。松下致力於透过各部门的创新来追求新的价值，并努力运用公司的科技为客户创造更美好的生活、更美好的世界。如欲瞭解有关松下的更多详情，敬请造访：https://www.panasonic.com/global。

关於NEDO：
透过为科技开发活动提供资金，日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)在日本的经济和工业化政策中扮演重要角色。NEDO还充当创新加速器，以实现其解决能源和全球环境问题及提升工业科技的两项基本任务。
如欲瞭解有关NEDO的更多资讯：https://www.nedo.go.jp/english/introducing_index.html

来源：https://news.panasonic.com/global/press/data/2020/02/en200207-2/en200207-2.html

相关连结
日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)
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松下研发概况
https://www.panasonic.com/global/corporate/technology-design/r-and-d.html

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Tel: +81-44-520-5277

拥有相同尺寸产品中全球最高转换效率的钙鈦矿元件（照片：美国商业资讯）

拥有相同尺寸产品中全球最高转换效率的钙鈦矿元件（照片：美国商业资讯）

钙鈦矿晶体（图片：美国商业资讯）

喷墨涂覆法示意图（图片：美国商业资讯）