钙钛矿指的是八面体材料结构,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。从全球格局看,钙钛矿的效率与稳定性研究由多方科研团队共同推进,中国在这条技术路线上的位置,主要体现在产业链布局与产业化探索的活跃度上;但钙钛矿目前仍以概念为主,产业链尚处布局阶段,距离大规模量产还有稳定性等关卡需要突破。

钙钛矿的技术看点在哪里

钙钛矿电池的优势集中在效率与成本两端。效率方面,其八面体结构对光吸收较好,实验室小尺寸电池的最高转换效率逐年抬升,2009年为3.8%,此后持续突破,2020年达到25.2%(数据来源:索比光伏网、协鑫集成科技、天风证券研究所)。

成本方面,传统晶硅路线涉及四个环节,而钙钛矿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。环节少带来初始投资与生产效率上的优势,产业链相对更可控,降本也更顺畅,有研究认为其单GW产能投资额有望比晶硅电池低50%(来源:协鑫光电公众号、中银证券)。

全球共同攻关:效率之外,稳定性是焦点

钙钛矿的短板在稳定性。它由离子通过离子键结合形成晶体,而晶硅由硅原子通过共价键结合形成晶体,共价键作用力更强,一个硅原子四周有四个共价键,结构更为稳定。这使钙钛矿电池不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化,电池寿命偏短。

稳定性研究是全球多方共同推进的方向。以武汉大学团队的测试为例,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(来源:中信建投整理)。这一数值已有进步,但对比晶硅仍有不足。相关研究进展也见于 Nature Photonics、Journal of Semiconductors 等来源,其中 Journal of Semiconductors 提出的“太阳能电池金三角”,正说明效率、稳定与成本三者难以同时兼得。

中国的角色:产业链布局与产业化探索

在产业化路径上,钙钛矿常见构造有三种,均为“三明治”结构,由多个功能层铺设而成,膜层之间的相互作用也会影响稳定性。其中正式结构效率高,介孔结构在正式基础上加了介孔层因而更稳定,但介孔层需要450℃的高温烧结,不能与柔性衬底结合,不太适合大规模量产;相比之下,反式平面结构更适合产业化,也因此成为研究的主要方向。

中国在钙钛矿领域的活跃,更多体现在产业链布局与产业化探索上。不过需要看到,钙钛矿目前仍以概念为主,连产业链都还处于布局阶段,行业仍需进一步验证,后续产业动态值得持续关注。

常见问题

钙钛矿为什么转换效率提升这么快?

钙钛矿指的是八面体材料结构,这种结构对光的吸收比较好,是其转换效率较高、并且每年都有一定突破的关键。

钙钛矿目前最大的产业化障碍是什么?

主要是稳定性差,以及电池做大之后的效率损失。尺寸增加时,钙钛矿效率通常会下降,因为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。

中国在钙钛矿领域处于什么位置?

中国在钙钛矿的产业链布局与产业化探索上较为活跃。效率与稳定性研究则由全球多方团队共同推进,整体仍处于产业化前的探索阶段,尚需产业进一步突破。