行業(yè)應用 | 提升鈣鈦礦電池的光電轉換效率需要做哪些檢測？
隨著能源需求的不斷增長和環(huán)境保護意識的日益提高，光伏發(fā)電作為一種可再生、清潔的能源形式，受到了廣泛關注。鈣鈦礦因其優(yōu)異的光電轉換效率、低成本等特點，被認為是光伏領域的一種潛力無限的新材料，可謂是光伏屆的“新星”。那么，提升鈣鈦礦電池的光電轉換效率需要做哪些檢測呢？
光伏行業(yè)的前景
在2022年，中國新能源發(fā)電裝機占總裝機的49.5%，其中太陽能發(fā)電占比15.3%。相較2021年太陽能發(fā)電裝機的12.9%，在一年時間里，太陽能發(fā)電裝機占比增長了2.4%！可見光伏領域發(fā)電技術越來越精進，光伏發(fā)電的應用越來越廣泛。
2022年中國發(fā)電裝機占比層次結構圖
在?2020年9月，中國提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國普遍關注和重點發(fā)展的新興產業(yè)。?在達到和碳中和的計劃里，太陽能發(fā)電量占比約為40%。?假設煤炭能源目前被新能源取代，其中光伏將占70%。
?2022年全國新增并網(wǎng)容量87.41gw，同比增長59.3%。預計 2022 年-2025 年，國內年均新增光伏裝機將達到 83～99gw。預計2030年新增光伏裝機量為650gw，2060年人均光伏應該在5-10kw之間，需要約8580gw的光伏資源量。
鈣鈦礦和鈣鈦礦太陽能電池概述
鈣鈦礦是指一類陶瓷氧化物，其分子通式為abx3；?此類氧化物開始被發(fā)現(xiàn)，是存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣（catio3）化合物，因此而得名。?應用于太陽能電池中的鈣鈦礦材料，a一般是有機胺離子（如 ch3nh3+，nh=chnh3+），b一般是二價金屬離子（如 pb2+，sn2+等），x 表示鹵素離子（cl-，br-，i-）。
鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），是利用鈣鈦礦結構材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代高效薄膜電池。鈣鈦礦的結構形似“三明治”，典型結構有5層。兩個電極就像三明治的兩片面包分別位于最外層，由外向內挨著電極的是空穴傳輸層和電子傳輸層，而鈣鈦礦層則居于最中間。
對比晶硅材料，鈣鈦礦擁有更優(yōu)秀的光電性質，其光吸收系數(shù)更高。同時，晶硅電池已逐漸接近29.4%的理論極限，而鈣鈦礦也擁有更高的理論轉換效率，且可進行雙節(jié)、三節(jié)的疊層，可達到45%的轉換效率！可見鈣鈦礦太陽能電池的未來有無限可能。
鈣鈦礦太陽能電池的工藝流程及檢測需求
目前主流的鈣鈦礦電池工藝流程為：頂電極ito/fto玻璃入線→激光刻蝕p1→清洗→制備空穴傳輸層→退火/干燥→制備鈣鈦礦吸光層→退火烘干→制備電子傳輸層→ 退火/干燥→激光刻蝕p2→制備背電極層→激光刻蝕p3→激光清邊p4→測試分揀→封裝。
其中，①激光刻蝕的作用是對p1、p2、p3進行激光劃線，阻斷導通，使整個鈣鈦礦面板形成一道道的子電池，且子電池互相串聯(lián)。激光刻蝕后可能會在材料上留下微小毛刺，這些毛刺可能會影響電池的安全問題、轉化效率等，所以需要對激光刻蝕后的微觀形貌進行分析；②每層涂層的厚度會影響電池的轉換效率，因此也需要對每層的涂層厚度進行檢測；③薄膜的粗糙度會對電池短路電流、開路電壓、填充因子有影響，進而影響光電轉換效率，因此還需要對薄膜的粗糙度進行檢測。
若能在鈣鈦礦層生產時，保持平整、致密、全覆蓋、大晶粒，就可以實現(xiàn)鈣鈦礦層大面積生產。其主要制備難點是：①鈣鈦礦層厚度僅僅只有500nm，在制備過程中玻璃基底會受溫度的影響熱脹冷縮和翹曲，從而影響鈣鈦礦層的平整性，提高了成膜的難度；②一次性成膜面積在平米級，相比于晶硅電池鍍膜的面積有顯著提升，從而提升了成膜的難度。
優(yōu)可測在光伏鈣鈦礦行業(yè)的檢測案例
1、光伏玻璃油墨厚度測量
在新能源twh制造時代中，作為核心企業(yè)之一的某司需要測量光伏玻璃油墨厚度，所需精度達納米級，以保證其導電性，優(yōu)可測采用了薄膜厚度測量儀af-3000系列進行測量：
光伏電池油墨測量結果顯示
檢測結果顯示，油墨層厚度為1148.0nm，匹配度達0.099636！且可以看出檢測過程中光波穩(wěn)定，光波的穩(wěn)定可以使測量結果更加精準。優(yōu)可測薄膜厚度測量儀采用了“氘燈”和“鎢鹵素燈”，光強更加均勻，頻譜更加穩(wěn)定，可以測量單層膜、多層膜、液態(tài)膜、氣隙層、粗糙層和光滑層，一臺機器覆蓋多臺機器的測量范圍。
2、鈣鈦礦電池的涂層厚度測量、粗糙度測量以及激光蝕刻后的形貌分析
某家光伏能源公司希望檢測鈣鈦礦太陽能電池的涂層厚度、薄膜粗糙度和激光刻蝕后的形貌，以此提高太陽能電池的光電轉換效率。優(yōu)可測根據(jù)客戶需求，選用白光干涉儀am-7000系列進行檢測：
p1層涂層厚度檢測
p2層涂層厚度檢測
p2層粗糙度檢測
p3層激光刻蝕后的形貌分析
p3層毛刺檢測
綜上所述，優(yōu)可測白光干涉儀精度達納米級，搭配大量程高速納米壓電陶瓷器件，可瞬間完成高達500萬點云采集，能夠快速、清晰直觀地檢測出微觀三維形貌。客戶收到優(yōu)可測的檢測報告后表示，“優(yōu)可測白光干涉儀簡直可以承包我們鈣鈦礦電池生產的全流程，膜厚、粗糙度、形貌分析它都能檢測，是真正的一機多用！”。
針對客戶的特殊測量要求，優(yōu)可測還具備一定腳本編輯的開發(fā)配合能力，提供售后調試和協(xié)助軟件開發(fā)的服務。
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在?2020年9月，中國提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國普遍關注和重點發(fā)展的新興產業(yè)。?在達到和碳中和的計劃里，太陽能發(fā)電量占比約為40%。?假設煤炭能源目前被新能源取代，其中光伏將占70%。
?2022年全國新增并網(wǎng)容量87.41gw，同比增長59.3%。預計 2022 年-2025 年，國內年均新增光伏裝機將達到 83～99gw。預計2030年新增光伏裝機量為650gw，2060年人均光伏應該在5-10kw之間，需要約8580gw的光伏資源量。
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鈣鈦礦是指一類陶瓷氧化物，其分子通式為abx3；?此類氧化物開始被發(fā)現(xiàn)，是存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣（catio3）化合物，因此而得名。?應用于太陽能電池中的鈣鈦礦材料，a一般是有機胺離子（如 ch3nh3+，nh=chnh3+），b一般是二價金屬離子（如 pb2+，sn2+等），x 表示鹵素離子（cl-，br-，i-）。
鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），是利用鈣鈦礦結構材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代高效薄膜電池。鈣鈦礦的結構形似“三明治”，典型結構有5層。兩個電極就像三明治的兩片面包分別位于最外層，由外向內挨著電極的是空穴傳輸層和電子傳輸層，而鈣鈦礦層則居于最中間。
對比晶硅材料，鈣鈦礦擁有更優(yōu)秀的光電性質，其光吸收系數(shù)更高。同時，晶硅電池已逐漸接近29.4%的理論極限，而鈣鈦礦也擁有更高的理論轉換效率，且可進行雙節(jié)、三節(jié)的疊層，可達到45%的轉換效率！可見鈣鈦礦太陽能電池的未來有無限可能。
鈣鈦礦太陽能電池的工藝流程及檢測需求
目前主流的鈣鈦礦電池工藝流程為：頂電極ito/fto玻璃入線→激光刻蝕p1→清洗→制備空穴傳輸層→退火/干燥→制備鈣鈦礦吸光層→退火烘干→制備電子傳輸層→ 退火/干燥→激光刻蝕p2→制備背電極層→激光刻蝕p3→激光清邊p4→測試分揀→封裝。
其中，①激光刻蝕的作用是對p1、p2、p3進行激光劃線，阻斷導通，使整個鈣鈦礦面板形成一道道的子電池，且子電池互相串聯(lián)。激光刻蝕后可能會在材料上留下微小毛刺，這些毛刺可能會影響電池的安全問題、轉化效率等，所以需要對激光刻蝕后的微觀形貌進行分析；②每層涂層的厚度會影響電池的轉換效率，因此也需要對每層的涂層厚度進行檢測；③薄膜的粗糙度會對電池短路電流、開路電壓、填充因子有影響，進而影響光電轉換效率，因此還需要對薄膜的粗糙度進行檢測。
若能在鈣鈦礦層生產時，保持平整、致密、全覆蓋、大晶粒，就可以實現(xiàn)鈣鈦礦層大面積生產。其主要制備難點是：①鈣鈦礦層厚度僅僅只有500nm，在制備過程中玻璃基底會受溫度的影響熱脹冷縮和翹曲，從而影響鈣鈦礦層的平整性，提高了成膜的難度；②一次性成膜面積在平米級，相比于晶硅電池鍍膜的面積有顯著提升，從而提升了成膜的難度。
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