以硅为特征的串联太阳能电池技术已经得到了广泛的研究，但钙钛矿等材料与成熟的薄膜太阳能电池或其他钙钛矿电池相结合，正指向一条新的发展道路。

无硅叠层太阳能电池是美国商业、学术和机构实验室的研究课题。美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员在杂志上发表了一份串联技术路线图焦耳其中包括新兴的全有机、全钙钛矿串联组合以及碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)器件。

美国的多个团队已经宣布了实验室规模的全薄膜电池，转换效率超过27%。市场情报公司Rethink Research的太阳能分析师Andries Wantenaar说:“全薄膜串联是最终的合理选择。大学正在实现显著的效率。第一波是单结，然后是钙钛矿-硅串联，最后是全薄膜。”

第一太阳能（First Solar）作为全球领先的碲化镉薄膜光伏制造商，正积极投身于高效薄膜串联设备的研发与商业化进程。该公司不仅为公用事业规模的太阳能项目提供高质量的碲化镉光伏组件，还计划在2026年将年产能提升至25吉瓦。在研发领域，第一太阳能不断突破，于2024年成功研发出效率高达23.1%的CdTe电池和23.6%的CIGS电池，两项技术均创下新纪录。

吉姆·诺兰中心是第一太阳能公司在R&D投资的大约5亿美元的一部分。12万平方米设施包括薄膜和串联光伏组件全尺寸原型的试生产支持。

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2024年5月，第一太阳能公司获得600万美元，用于开发钙钛矿顶部电池和CIGS底部电池串联设备。我们的目标是实现效率27%的设计，并通过实际的制造工艺将其扩展为“迷你组件”。能源部太阳能技术办公室倡议于2024年5月宣布提供资金，以推动美国薄膜太阳能生产。

为了加速薄膜串联技术的商业化进程，第一太阳能不仅加大了研发投入，还积极寻求国际合作。一个月前，第一太阳能宣布与德国ZSW太阳能中心合作，专注于性能和潜力，以“开发和优化GW级的全薄膜串联技术”

ZSW以其用于刚性和柔性基板的薄膜制造工艺而闻名。“我们几十年来在薄膜光伏方面的经验非常适合串联电池，串联电池总是包含至少一个薄膜电池，”ZSW研究员Stefan Paetel说。

2024年2月，第一太阳能欧洲技术中心和瑞典乌普萨拉大学实现了23.6%的CIGS电池效率记录。瑞典大学的团队负责人Marika Edoff对潜在的串联太阳能电池进行了评论。“对于以高可靠性而闻名的CIGS技术，世界纪录也意味着它可能为新的应用提供可行的替代方案，例如，串联太阳能电池，”她说。

2023年12月，第一太阳能公司的研究人员发表了一篇关于全薄膜叠层太阳能电池的工业展望。研究人员得出结论，尽管设备和材料质量不太理想，但“在可预见的未来”，高效率串联太阳能电池很有可能被大规模制造。

另外美国有多家初创公司正积极投身于钙钛矿-硅串联器件的研发，如CubicPV、Caelux、Swift Solar和Tandem PV等。这些企业虽处于初创阶段，但展现出了强大的创新能力和市场潜力。例如，Caelux的创始人约翰·伊安内利表示，全薄膜串联可能是一个长期的前景，而四端（4T）方法或将成为全钙钛矿串联的可行路径。

Swift Solar则在薄膜沉积速度方面取得了显著进展，其当前速度已是两年前的10倍。该公司首席执行官Joel Jean表示，Swift Solar正专注于钙钛矿-硅串联技术的研发，但同时也对未来全钙钛矿串联产品的可能性持开放态度。

NREL研究员兼路线图合著者Emily Warren表示，为了克服串联技术面临的挑战，包括集成子电池的复杂性、热化问题、对高效沉积技术的需求以及其他挑战，商业和研究机构的联盟可能会在未来几年推动进展。

全薄膜串联和多结技术的商业化将带来诸多优势，包括更大的外形灵活性和更广泛的应用场景。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，光伏将在更多领域得到应用，从而加速太阳能的普及。然而，要实现这一目标，还需在稳定性、组件寿命以及高效沉积技术等方面取得更多突破。

文章来源：光伏智库

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