钙钛矿产业链目前仍处于布局阶段,全球竞争格局远未定型,中国在钙钛矿研发与产业链布局上较为活跃,但产业化整体处于前夜,量产稳定性尚未突破,各国面临的是同一道关卡。 实验室小尺寸电池效率已从2009年的3.8%提升至2020年的25.2%,但这一数字并不能等同于商业化能力——尺寸放大后效率必然下降,实验室突破并非关键,商业化落地才是。

效率与成本:钙钛矿的两大看点

钙钛矿指的不是某一种矿物,而是一类八面体材料结构,这种结构对光的吸收较好,是其转换效率较高、且每年都有一定突破的关键。按2009—2020年钙钛矿电池实验室最高转换效率数据,效率从3.8%一路升至25.2%。

需要明确口径的是,上述突破均来自实验室小尺寸电池。钙钛矿在尺寸增大后效率会明显下降:小尺寸可以用更精细的工艺追求效率,而大规模量产必须兼顾成本与效率。

成本是另一大优势。晶硅路线涉及四个环节,钙钛矿则类似此前的薄膜电池,只有一个环节,做完电池组件也就做好了。产业链相对更可控,不会被单一环节卡住,降本也更顺畅。

稳定性:全球共同的产业化瓶颈

钙钛矿是离子之间通过离子键结合形成的晶体,晶硅则由硅原子通过共价键结合形成,共价键作用力更强,一个硅原子四周有四个共价键,结构更稳定。这决定了钙钛矿电池不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化、易发生二次反应,寿命偏短。

按中信建投整理的数据,2022年武汉大学团队的测试显示,在55℃温度下持续光照、经过1000小时最大功率测试后,电池仍能保持88%的初始效率。这一数值已有进步,但对比晶硅仍有不足。效率、稳定、成本本就是光伏领域的“不可能三角”,占到两头的钙钛矿在稳定性上有缺陷并不意外。

在结构路线上,常见的三种钙钛矿构造均为“三明治”结构:正式结构效率高,介孔结构更稳定但需450℃高温烧结、难以与柔性衬底结合,不太适合大规模量产;相比之下,反式平面结构最适合产业化,也是研究钙钛矿的主要切入点。

格局未定:后发者仍有切入机会

钙钛矿连产业链都还处于布局阶段,行业仍需进一步验证。参考锂电与光伏的发展路径,当年锂电板块的中军是江苏国泰,光伏板块则是亿晶光电,等行业真正发展起来后,宁德、隆基相继出现,曾经被热捧的对象也就变成了“牛夫人”。这说明在产业格局清晰之前,先行者未必是最终赢家。

对钙钛矿而言,后续产业动态值得持续关注。量产稳定性与面积放大后的效率损失一旦取得突破,量产方可期待。

常见问题

钙钛矿电池效率已经超过晶硅了吗?

不能这样理解。25.2%是2020年钙钛矿实验室小尺寸电池的最高转换效率,而实验室突破并非关键。钙钛矿尺寸增大后效率必定下降,大规模量产需要成本与效率的结合,商业化落地才是更重要的衡量标准。

钙钛矿目前最大的产业化障碍是什么?

稳定性。钙钛矿不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化,导致电池寿命偏短。在55℃持续光照、1000小时最大功率测试后,电池可保持88%的初始效率,这一数值虽有进步,但对比晶硅仍有不足。

现在布局钙钛矿产业链来得及吗?

全球钙钛矿竞争格局尚未定型,产业链仍处于布局阶段,后发者仍有切入机会。但需注意,在产业链不够清晰之前进行布局需要勇气,行业仍需进一步验证,后续产业动态值得密切关注。