钙钛矿叠层走向PERC存量产线改造,关键拐点出现在叠层效率被验证可以稳定超越单结晶硅、且工艺能与现有PERC产线直接兼容这两个条件同时成立的时候。黑晶光电正是这条路线上的代表性节点:其采用钙钛矿与钝化发射极与背电极太阳电池(PERC)结合的叠层技术,可对现有产线直接升级;2019年12月在钙钛矿晶硅叠层电池领域取得突破,在标准太阳光谱下测试实现23.5%的光电转换效率;2020年12月串联型钙钛矿/PERC叠层电池转换率再创新高,在AM1.5标准太阳光谱下达到26.1%。从23.5%到26.1%,一年内效率台阶的抬升,加上"产线直接升级"的工艺定位,构成了这条路线从实验室走向存量产线改造的核心拐点。

拐点一:叠层效率的连续突破

叠层结构的原理并不复杂:钙钛矿层是透明的,只需在常规组件的玻璃上涂敷钙钛矿层,外层玻璃吸收阳光,内部晶硅层也能吸收。不同材料的禁带宽度与可吸收光谱波段不同,把两者结合,就能尽可能吸收全光谱范围内的光子,减少能量损耗。

黑晶光电的两次效率公布,恰好落在这条曲线上:2019年12月的23.5%,验证了钙钛矿晶硅叠层在标准太阳光谱下的可行性;2020年12月的26.1%,则把串联型钙钛矿/PERC叠层的效率推上新台阶。采用钙钛矿-硅叠层这一新型高效率太阳电池技术路径,可以将太阳电池转换效率提高到35%以上——这是该路线给出的长期效率空间。

拐点二:从"新建产线"到"存量升级"

这是PERC叠层区别于其他叠层路线的关键。钙钛矿理论上可以和任何晶硅路线形成叠层,也有企业选择与异质结或TOPCon搭配。而黑晶光电选择的是与PERC结合,其技术定位明确指向对现有产线直接升级。

这一点意义重大:PERC是当前存量规模最大的晶硅架构,如果叠层技术能直接在既有产线上加载,改造的边际成本与产业化门槛都会显著低于另建新线。相比之下,异质结与钙钛矿的搭配更多被视作"布局下个时代"的选择——两种技术都不属于现有主流PERC架构,需要新建产能承接。

拐点三:节奏参照——钙钛矿更像"2018年以前的异质结"

理解PERC叠层的产业化节奏,可以参照异质结的路径。按中银证券归纳的光伏电池发展历程,现在的钙钛矿更像是2018年以前的异质结,而异质结直到后来才慢慢有GW级以上的大产线投产。钙钛矿要经历的时间,恐怕还要长于异质结。

这提示我们:效率突破是拐点的必要条件,但不是充分条件。从实验室效率到中试线、再到GW级大产线,中间隔着尺寸放大带来的效率衰减、封装损耗、以及产线验证等环节。目前布局叠层的产线仍以中试为主,体量并不大,行业整体处于探索阶段。

常见问题

钙钛矿/PERC叠层目前达到了什么效率水平?

黑晶光电的公开节点显示:2019年12月在钙钛矿晶硅叠层电池领域实现23.5%的光电转换效率(标准太阳光谱下测试),2020年12月串联型钙钛矿/PERC叠层电池在AM1.5标准太阳光谱下达到26.1%。该技术路径的长期目标是将太阳电池转换效率提高到35%以上。

为什么说"可对现有产线直接升级"是重要拐点?

因为PERC是存量规模最大的晶硅架构,叠层若能直接加载到既有产线上,产业化门槛会明显低于新建产线。黑晶光电采用钙钛矿与PERC结合的叠层技术,其定位正是可对现有产线直接升级,这让它区别于需要另建产能的异质结叠层路线。

这条路线离大规模量产还有多远?

参照异质结的发展节奏,现在的钙钛矿更像2018年以前的异质结,而异质结也是多年后才慢慢有GW级以上的大产线投产,钙钛矿所需时间恐怕更长。当前布局叠层的产线以中试为主,体量不大,行业仍处于探索和验证阶段。