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鈣鈦礦電池之材料

發(fā)布時間:2024-01-29 來源:元祿光電

鈣鈦礦電池所需的材料包括封裝材料和電極材料,其中TCO玻璃是核心的封裝材料。從成本構(gòu)成來看,玻璃及其他封裝材料占比較高,占比34%,其次是電極材料(靶材),占比約30.9%。

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3.1 材料體系尚未定型,不同膜層均有多種選擇

目前,鈣鈦礦材料體系尚未定型,不同膜層均有多種選擇。

封裝材料中,產(chǎn)業(yè)上常用的TCO導(dǎo)電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類,F(xiàn)TO的導(dǎo)電性能與ITO相比稍顯遜色,但具有成本低、膜層硬、光學(xué)性能適宜等優(yōu)點(diǎn),目前是應(yīng)用于光伏玻璃領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。AZO的光電性能與ITO相近,且AZO原材料簡單易得,生產(chǎn)成本低,在未來產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中具備重大潛力。

在電子傳輸層,二氧化鈦(TiO2)是較早且應(yīng)用廣泛的電子傳輸層材料,主要得益于二氧化鈦與鈣鈦礦的能級較為匹配,能夠有效實(shí)現(xiàn)電子傳輸并阻擋空穴,而且價格較為便宜,但 TiO2 制備過程中往往需要進(jìn)行 500℃以上的高溫?zé)Y(jié)以提升傳輸性能,這一過程制約了 TiO2在柔性襯底上的應(yīng)用和其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。SnO2電導(dǎo)率和載流子遷移率較高,且制備溫度較低,是較為理想的電子傳輸層材料。因此目前SnO2被產(chǎn)業(yè)界廣泛研究,以期在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)對TiO2的替代。

鈣鈦礦吸光層采用的材料一般為有機(jī)-無機(jī)混合鈣鈦礦化合物前驅(qū)液,目前主流工藝多采用MAPbI3等。鈣鈦礦電池的原材料儲備非常豐富,且配制前驅(qū)體溶液不含復(fù)雜工藝,對試劑純度要求不高。

空穴傳輸層(HTL)材料可分為有機(jī)材料和無機(jī)材料兩大類。產(chǎn)業(yè)端多采用無機(jī)材料來代替有機(jī)材料,以提升電池壽命、降低生產(chǎn)成本。常用的無機(jī)空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。無機(jī)空穴傳輸層還具有穩(wěn)定性好、空穴遷移率高、光學(xué)帶隙寬等優(yōu)勢,但目前HTL采用無機(jī)材料時,鈣鈦礦電池的效率表現(xiàn)不及使用有機(jī)空穴傳輸材料。

此外,產(chǎn)業(yè)端多采用銅、銀等金屬電極,或金屬氧化物等作為電極層材料,碳電極也在嘗試中。

據(jù)東吳證券測算,若2030年鈣鈦礦組件產(chǎn)量為95GW,對應(yīng)鈣鈦礦材料市場空間28億元,玻璃市場空間259億元(FTO玻璃182億元,背板玻璃77億元),封裝材料市場空間98億元(POE膠膜及丁基膠各49億元),靶材市場空間105億元,玻璃及靶材因單位成本占比較高,價值量空間較大。


3.2 TCO玻璃是核心材料

TCO玻璃即透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃,通過在平板玻璃表面鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化薄膜,使得玻璃具有透光和導(dǎo)電的作用,從而能夠有效地收集光生載流子,而不能引入不必要的串聯(lián)電阻,其膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。

由于薄膜電池組件中間半導(dǎo)體層幾乎沒有橫向?qū)щ娦阅?,因此無論是薄膜電池組件還是鈣鈦礦電池組件,TCO導(dǎo)電玻璃都是必不可少的材料。目前國內(nèi)TCO玻璃售價(不含稅)約為60元/平米,業(yè)內(nèi)人士指出,隨著規(guī)?;a(chǎn)以及技術(shù)提升,未來有望下降至40元/平米。以此測算,TCO玻璃的全球市場空間約為100億元,國內(nèi)市場空間約為57億元。

目前全球TCO玻璃的供應(yīng)主要集中在板硝子、旭硝子等國外企業(yè)。金晶科技已于今年建成國內(nèi)一條TCO玻璃產(chǎn)線,另外洛陽玻璃、旗濱、南玻等企業(yè)前期均在TCO玻璃工藝、技術(shù)上有布局。

據(jù)悉,TCO玻璃的原片是超白浮法玻璃,目前具備超白浮法玻璃原片產(chǎn)能的企業(yè)僅10家,主要集中在南玻、金晶、旗濱、信義等頭部企業(yè),總產(chǎn)能約13850 T/D,由于TCO玻璃原片-超白浮法玻璃產(chǎn)能已嚴(yán)禁新增,因此沒有原片產(chǎn)能儲備的企業(yè)將更難參與TCO玻璃市場。

金晶科技(600586.SH)是目前國內(nèi)唯一能夠量產(chǎn)TCO玻璃的企業(yè),公司現(xiàn)有兩條年產(chǎn)1500萬平米的TCO玻璃產(chǎn)線,擁有自主知識產(chǎn)權(quán),另有兩條原片產(chǎn)線儲備,同時公司在馬來西亞建設(shè)的1條TCO玻璃產(chǎn)線也有望于今年投產(chǎn),預(yù)計(jì)總產(chǎn)能或超過6000萬平米。

金晶TCO玻璃產(chǎn)品性能得到國內(nèi)外客戶的認(rèn)可,已實(shí)現(xiàn)向國際薄膜電池巨頭First Solar供貨。國內(nèi)方面,公司于2022年10月與國內(nèi)鈣鈦礦電池研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)纖納光電簽訂《戰(zhàn)略合作協(xié)議》,根據(jù)合作協(xié)議,公司需根據(jù)纖納光電未來的鈣鈦礦擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃,投資建設(shè)相應(yīng)的TCO玻璃產(chǎn)線,以滿足纖納光電的生產(chǎn)需求。纖納光電未來若每增加1GW 的鈣鈦礦電池產(chǎn)能規(guī)劃,公司需配套不低于500萬平米/年TCO玻璃產(chǎn)能。國海證券預(yù)計(jì)2022-2024年公司TCO玻璃營業(yè)收入7.95億、10.60億、27.00億元,毛利率36.72%、39.15%、41.11%。

此外,旗濱集團(tuán)(601636.SH)早期與著名鍍膜技術(shù)供應(yīng)商美國阿克瑪公司、英國浮法玻璃咨詢公司(FGC公司)進(jìn)行了TCO技術(shù)轉(zhuǎn)讓和合作,公司于2010年12月合2012年5月相繼點(diǎn)火了兩條TCO玻璃生產(chǎn)線,產(chǎn)能分別為600T/D和800T/D,后因公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變而未實(shí)際生產(chǎn)TCO玻璃。公司目前仍有原片產(chǎn)能儲備,后續(xù)若薄膜組件需求放量,公司有重新進(jìn)入TCO玻璃市場的可能。


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