钙钛矿叠层电池从“全光谱吸收”的原理验证走向产线,核心跨越了大尺寸制备、效率突破、头部厂商中试线投建几个关键拐点。其原理在于钙钛矿层透明且禁带宽度可调,能与晶硅等底电池吸收不同波段光谱,从而尽可能利用全光谱光子、减少能量损耗。当前行业阶段被比作类似2018年以前的异质结,从实验室到GW级产线仍需更长时间。
从原理到中试线:叠层如何落地
钙钛矿与晶硅叠层的物理基础是不同材料禁带宽度与吸收光谱波段不同:外层透明钙钛矿吸收高能光子,内部晶硅层吸收低能光子,以此实现全光谱覆盖。虽然异质结(HJT)因禁带宽度匹配常被提及,但理论上钙钛矿可与多种晶硅路线(如TOPCon、PERC)结合,取决于企业自身技术布局。
从产线进展看,中试线是当前主要形态。杭萧钢构(合特光电)的100MW异质结钙钛矿叠层中试线于2022年7月完成建设并投产,目标效率为28%以上;仁烁光能2021年投产10MW全钙钛矿叠层中试线(300mm×400mm,效率>22%),并于2022年投建150MW量产线(1200mm×600mm,目标效率>20%)。此外,华晟新能源、隆基、晶科、通威等头部厂商也均布局了叠层研发,但整体产线体量仍不大。
关键拐点:从“实验室效率”到“组件级效率”
钙钛矿产业化的一大拐点是从实验室小面积效率转向大尺寸组件效率。钙钛矿电池是一体化结构,电池即组件,因此其公布的效率均为组件端数据,这与晶硅路线“电池效率—封装—组件效率”的链路不同,对比时应以最终组件效率为准。大尺寸制备是公认难点——尺寸上升时效率不可避免下降,因此协鑫光电1米×2米大尺寸组件下线具备较强产业示范效应。
另一个拐点是头部厂商从研发走向量产线投建。截至2022年8月的不完全统计,钙钛矿在建产能超过1GW,规划产能超过27GW,但规划远大于在建,说明行业仍处探索阶段。协鑫光电、纤纳光电、极电光能被视为布局较靠前的三家,分别背靠协鑫集团、采用溶液打印技术、拥有150MW试制线(极电,1.2m×0.6m)。
从异质结看钙钛矿的“时间差”
参考中银证券梳理的光伏电池发展历程,当前钙钛矿所处阶段类似2018年以前的异质结——异质结历经多年才逐步出现GW级以上产线投产,而钙钛矿从原理验证到规模化量产所需时间可能更长。叠层工艺在晶硅上增添钙钛矿,难度高于单纯制备钙钛矿,大厂布局叠层更多是基于自身技术储备的主动选择,而非路径更易突破。
常见问题
钙钛矿叠层为什么能实现全光谱吸收?
因为钙钛矿层是透明的,且与晶硅等底电池的禁带宽度和吸收光谱波段不同。外层钙钛矿吸收短波长光子,内部晶硅吸收长波长光子,两者叠加可尽可能覆盖全光谱范围,减少能量损耗。
目前叠层电池产线处于什么阶段?
以中试线为主。合特光电100MW异质结钙钛矿叠层中试线已于2022年7月投产,仁烁光能10MW全钙钛矿叠层中试线于2021年投产、150MW量产线于2022年投建。整体在建产能超过1GW,但距大规模量产仍有距离。
钙钛矿叠层与异质结发展节奏有何可比性?
按中银证券的发展历程梳理,当前钙钛矿类似2018年以前的异质结——异质结至今才逐步有GW级产线投产,钙钛矿从原理到GW级产线预计需要更长时间,行业仍处早期探索阶段。