钙钛矿，会是光伏革命的终极答案吗？
新能源变革的背后，实质是材料的跃迁。
动力电池新路线钠离子电池，其实是从锂到钠元素的转变；光伏硅片从P型到N型的迭代，实质是其中掺杂的硼元素到磷元素的迁移。
作为新能源的主力军，当前光伏的商业化集中在晶硅电池，而硅的能量转化效率 （PCE） 是有极限的。越是从中“榨取”电能，就越能感受到晶硅电池提升空间的逼仄。
除非超越硅。
光伏产业变革的十字路口，用10年时间走完晶硅电池50年发展之路的钙钛矿横空出世，其能力转化率已经突破晶硅电池极限。
光伏即将迎来再一次颠覆。
“吊打”晶硅电池
“PERC之后可能是异质结 （HJT） 或者TOPCon，而HJT和TOPCon之后的未来，一定是钙钛矿。”
随着钙钛矿电池转换效率不断突破极值，业内普遍将其看做引领光伏产业未来发展的“最佳人选”。
2009年，日本科学家Tsutomu Miyasaka首次用钙钛矿光伏电池发电，当时的电能转换效率仅有3.8%，仅仅在十年之后的2019年，钙钛矿电池性能便飙升至25%。
2021年11月，柏林亥姆霍兹中心（HZB）研发的钙钛矿串联电池转换效率高达29.8%，创造了至今为止钙钛矿电池最高纪录。
值得注意的是，这一记录超过目前效率最高的异质结、TOPCon等晶硅技术的效率极限，将同为薄膜电池的其它技术路线甩开几条街。
晶硅组件不同技术的理论极限分别为：
晶体硅太阳能电池理论极限效率：29.43%；
普通单晶硅电池理想条件下最高效率为24.5％；
HJT电池理想条件下最高效率为27.5％；
TOPCon电池具有更加高的效率上限：28.2%-28.7%。
可以说，在能量转换效率上，钙钛矿已经吊打晶硅电池，将光伏这一新能源上升至全新高度。
从理论极限来看，钙钛电池单层电池理论效率极值可达31%，晶硅/钙钛矿双节叠层转换效率可达35%，而三节层电池理论极限可能升值至45%以上。
而如果掺杂新型材料，钙钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%，是目前晶硅电池的2倍左右。
尽管这些数据目前还仅限于实验室或者理论研究层面，但钙钛矿显然已经拥有了强劲的竞争力，它的出世为光伏产业打开了全新的想象空间。
成本低于火电？
“降本增效”是光伏产业化的核心要义，也是光伏企业追逐的终极命题。
自光伏技术诞生起，这个行业就围绕着“效率与成本”不断掀起新的技术变革。效率方面，晶体硅光伏电池的理论极限效率是29.43%，在目前研发的光伏新技术路线中，能突破30%阈值的包括钙钛矿和GaAs （砷化镓） 。其中，GaAs双结叠层电池达到了32.8%的实验室最高记录，优于钙钛矿。
但产业化绕不开成本，由于GaAs技术工艺复杂，原材料价格十分昂贵，低成本大规模量产难以满足光伏商业化要求。
因此，成本更具优势的钙钛矿/HJT叠层电池被认为是突破30%转换效率的最具性价比的技术路线。
对比来看，钙钛矿对杂质不敏感，通常90%左右纯度的钙钛矿就可以用于制造效率超20%的电池；而晶硅对杂质非常敏感，纯度必须达到99.9999%以上才能用于制造。
光伏企业投资1GW晶硅电池，需要从硅料、硅片、电池、组件合计超过9亿元；而协鑫纳米披露的数据显示，其建造的钙钛矿百兆瓦产线投资为1亿元，1GW的投资仅为5亿元。也就是说，1GW钙钛矿电池的投资强度仅为晶硅的一半。
而且，晶硅电池产业链需要硅料、硅片、电池、组件4个工厂，而钙钛矿仅需1个工厂，产业链显著缩短，且大幅降低了物流等成本。
昆山协鑫光电CEO范斌甚至认为：“钙钛矿的度电成本有望比火电还低，跟火电拉开一毛钱到一毛五的成本差异，从而实现光伏对火电的大规模替代。”
从2020年几大电力公司的度电成本来看，如果钙钛矿度电成本降低至仅有晶硅电池发电的一半，那么将明显优于火力发电，成为极具竞争力的新能源。
钙钛矿电池还有一大优势，作为一种高柔性的薄膜电池，可以使用在晶硅电池无法触达的使用场景； 而且结构轻便，易于安装，更适合当前大力推广的光伏建筑一体化。
巨头角逐
作为第三代光伏技术，资本早已瞄上了这一技术蓝海。
此前不断刷新的世界纪录都出自实验室，问题是这些电池的尺寸很小，普遍只有1cm²-1.12cm²，寿命也非常短，不具备产业化条件。
企业要想在钙钛矿的商业化上更近一步，一方面要不断提升转化率，另一方面要着手解决尺寸和寿命的问题。
许多玩家已经下海进行产业化实践，目前国内最早实现量产的是昆山协鑫。2021年，昆山协鑫100MW钙钛矿生产线开始试生产，并且将组件面积扩大至1m×2m，光电转化效率提高至18%以上。协鑫光电目前可大规模量产的是45cm×65cm的产品，转换效率为15%。
除了协鑫光电，由三峡资本投资的纤纳光电，先后7次打破了钙钛矿光电转换效率记录。当前，其位于衢州的100MW量产线也已经破土动工。并且于今年2月，开建全球首个钙钛矿地面光伏电站。其和三峡科学院联合研发的叠层电池组件转化效率达到了26.63%。
长城汽车创始人魏建军控股的极电光能，在63.98cm²的钙钛矿光伏组件上，实现了20.5%的光电转换效率，创造了全球大面积钙钛矿电池效率的最高纪录。
极电光能更看重钙钛矿在光伏建筑一体化 （BIPV） 上的应用。极电光能总裁于振瑞此前就表示，“BIPV是现阶段钙钛矿电池最好的产业化路径之一，我们会首先切入BIPV领域，开发钙钛矿幕墙产品。”
由于幕墙产品的特殊性，钙钛矿能够发挥自己的独特优势，避开与晶硅电池直接“拼刺刀”。幕墙产品追求外观设计，且需要透明度，这恰好是钙钛矿的优势，却是晶硅技术的短板。钙钛矿电池能够做到美观且半透明，因此BIPV极有可能成为钙钛矿商业化的前哨站。
据悉，极电光能正在建设150MV钙钛矿试制线，预计在今年可进行投产，效率将不低于18%，且该项目产品尺寸达到了1.2×0.6平方米。
相比注重转化效率的纤纳光电和极电光能，万度光能更注重成本。自创立起，万度就主攻超低成本光伏器件——“印刷钙钛矿光伏”技术的开发，基于印刷技术和廉价原材料，研发出3600c㎡的钙钛矿组件，成本方面也更胜一筹。
在湖北鄂州、宜昌政府的支持下，万度光能的“野心”更大。2021年6月，其总投资高达60亿元的钙钛矿太阳能电池项目正式落地，这是迄今为止，最大的钙钛矿电池投资项目。
该项目共分为两期，一期产能为200MW，顺利量产后，万度光能计划扩充至10GW。
海外巨头中，韩国韩华集团最为积极，这家全球光伏TOP10企业与柏林亥姆霍兹中心 （HZB） 合作研发的钙钛矿/硅串联电池，创造了转化率高达29.8%的世界纪录。韩华集团已计划对此技术进行投资扩产，该技术也被列为韩国国家项目。
▲ 数据来源：索比光伏网，东方证券研究所
此外，传统晶硅电池玩家隆基股份、通威股份、东方日升等公司均对钙钛矿太阳能电池表现出浓厚兴趣，或已经在相关领域有所布局。
可以看出，钙钛矿的商业化仍处于起步阶段，但不少产业资本已经跑步入局。统计来看，今年预计有2GW的钙钛矿电池产能实现量产。
光伏技术产业化主要看三大要素——成本、效率、寿命。钙钛矿在成本和效率方面远胜于晶硅电池，但其寿命短、稳定性差、天然不稳定，导致效率衰减过快，这是钙钛矿技术产业化落地的最大掣肘。
要知道，目前的光伏电池普遍寿命在25-30年。因此，在提升产品尺寸和能量效率的同时，如何将钙钛矿的寿命提升至25年，将是押注钙钛矿技术的企业亟需解决的问题。
提升电池寿命，背后涉及到材料体系、电池结构、封装等等环节。当前，全球光伏界正在对钙钛矿的效率衰减和稳定性进行科技攻关，新的解决方案不断涌现，也许很快就会有最佳的解决办法。
作为世界经济论坛 （WEF） 认定的“改变人类生活的10大新兴技术”之一，钙钛矿电池的前景已经愈发清晰，一幅宏伟的产业蓝图正徐徐展开。
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