在全球钙钛矿的竞争中,中国的位置并不取决于实验室里的小尺寸效率数字,而取决于涂布等规模化制备工艺能否率先跑通量产。钙钛矿实验室最高转换效率从2009年的3.8%提升至2020年的25.2%,但这些突破均来自小尺寸电池;随着面积增大,各类涂层工艺制备的电池效率普遍下降,因此实验室突破不是关键,商业化落地才是。 中国在钙钛矿上的机会,主要来自短流程、低成本路线带来的产业链可控性。
效率突破之后,真正的门槛在放大
钙钛矿的效率优势来自其八面体材料结构对光的吸收较好,这也是转换效率逐年突破的关键。但实验室数据用的是小尺寸电池,尺寸增加后效率必然下降——小尺寸可以用更精细的工艺追求效率,大规模量产则必须兼顾成本与效率。
资料中汇总的多项涂层技术数据印证了这一点:无论是旋涂、刮刀涂布、狭缝涂布、丝网印刷还是其他方式,随着有效面积增大,效率均出现不同程度回落。涂布工艺正是决定“放大后还能剩下多少效率”的关键环节,也是各国竞逐的焦点所在。
中国的机会:短流程与低成本
相比传统晶硅路线涉及四个环节,钙钛矿更接近此前的薄膜电池,只有一个环节,做完电池也就做好了组件。这一短流程带来两方面优势:初始投资角度,量产后成本更具优势;生产效率更高,产业链相对更可控,不易被单一环节卡住,降本也更顺畅。
需要说明的是,钙钛矿组件单GW产能投资额有望比晶硅电池低50%,这是基于协鑫光电公众号、中银证券的测算口径。这一成本优势能否兑现,取决于工艺放大与量产能力的验证,而非实验室效率的高低。
尚未跨过的坎:稳定性
限制钙钛矿大规模量产的核心是稳定性差,这由其结构决定:钙钛矿是离子通过离子键结合形成的晶体,而晶硅由硅原子通过共价键结合,共价键作用力更强、结构更稳定。因此钙钛矿电池不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化,寿命偏短。
中信建投整理的测试数据显示,武汉大学团队在55℃持续光照、1000小时最大功率测试后,电池仍能保持88%的初始效率,已有所进步;而晶硅路线隆基的质保口径为25年后实际输出功率不低于铭牌功率的84.8%。单纯从使用寿命看,目前的钙钛矿尚不具备大规模量产的基础。效率、稳定、成本本就是光伏的“不可能三角”,占了两头的钙钛矿在稳定性上有缺陷并不意外。
常见问题
钙钛矿涂布工艺为什么被视为关键环节?
因为钙钛矿从小尺寸电池走向组件,必须经过大面积成膜这一步,而涂布是其中的核心手段之一。资料显示,随着有效面积增大,各类涂层技术制备的电池效率均有所降低,涂布工艺的水平直接关系到放大后的效率保留程度。
中国在钙钛矿这条路线上的位置由什么决定?
由工艺放大与量产能力决定,而非实验室效率排名。中国路线的特点在于短流程、低成本:钙钛矿只有一个环节,做完电池即完成组件,产业链更可控、降本更顺畅。至于具体份额与格局,需以官方后续公布及第三方实测为准。
钙钛矿目前最大的产业化障碍是什么?
是稳定性,以及做大之后的效率损失。钙钛矿的离子键结构使其不耐高温、不耐光照、易水解氧化,寿命偏短;若这两点取得突破,量产才具备条件。