钙钛矿叠层电池的发展历程中,关键拐点集中在效率的持续突破与组件尺寸的产业化跃迁。从实验室的钙钛矿/PERC叠层效率突破,到晶硅巨头布局TOPCon叠层器件,再到头部厂商大尺寸组件下线,这条技术路线的演进脉络清晰,当前所处阶段被行业机构类比为异质结技术大规模产业化之前夜。
从实验室到中试:效率突破的三级跳
钙钛矿叠层电池的早期关键拐点,首先体现在与不同晶硅底电池结合的效率纪录刷新上。黑晶光电在钙钛矿/PERC叠层路线上率先取得突破,于2019年12月在标准太阳光谱下实现了23.5%的光电转换效率,随后在2020年12月将串联型钙钛矿/PERC叠层电池的转换效率提升至26.1%。这一路线对现有PERC产线可直接升级,具备产业化改造的便利性。
另一重要拐点出现在晶硅龙头企业的入局。晶科能源联合澳大利亚国立大学、北京大学等机构,于2022年6月制备出单片钙钛矿/TOPCon叠层器件,效率达到27.6%。这标志着钙钛矿叠层技术不再局限于初创企业,传统晶硅大厂已将其作为平台型技术进行战略储备,叠层工艺被视为面向下一代电池技术的确定性布局方向。
大尺寸组件下线:产业化的关键一跃
如果说效率突破解决了“能不能做”的问题,那么大尺寸组件的下线则回应了“能不能量产”的质疑。协鑫光电在江苏昆山布局的100MW大尺寸钙钛矿组件产线中,1米×2米规格的钙钛矿组件已成功下线,并在2022年冬奥会期间亮相张家口,应用于实际场景。这一尺寸远超以往实验室内的钙钛矿电池,而钙钛矿技术此前的显著短板正是在尺寸放大时效率会不可避免地下滑,因此大尺寸组件的成功制备对全行业的示范效应极强。
从产能布局看,截至2022年8月的不完全统计,钙钛矿行业的在建产能已超过1GW,而规划产能则超过27GW,显示出产业界对技术前景的强烈预期与当前仍处于探索阶段的现实并存。协鑫光电、纤纳光电、极电光能被视为布局较为靠前的三家代表企业,其中纤纳光电采用溶液打印技术路线,极电光能的一期产能规模达到150MW。
常见问题
钙钛矿叠层电池相比单结钙钛矿电池有何优势?
叠层结构的本质是利用不同材料禁带宽度及吸收光谱波段的差异,将钙钛矿层与晶硅层相结合,尽可能吸收全光谱范围内的光子以减少能量损耗。钙钛矿层是透明的,涂敷在常规组件玻璃上后,外层玻璃与内部晶硅层均可吸收阳光,实现光谱互补利用。
为什么主流叠层路线多与异质结搭配?
钙钛矿与异质结在禁带宽度等特质上较为匹配,且两者均不属于现有主流的PERC架构,共同研发可视为布局下一代技术。不过理论上钙钛矿可与任何晶硅路线形成叠层,已有公司尝试与TOPCon搭配,具体路线选择主要取决于各厂商的自身布局。
钙钛矿叠层电池当前处于什么发展阶段?
行业机构将当前钙钛矿的发展阶段类比为异质结技术大规模量产之前的时期,后者历经多年才逐步出现GW级以上的大产线投产。钙钛矿叠层工艺的难度高于单纯制备钙钛矿电池,目前布局产线以中试为主、体量不大,从产业化进程看仍需经历较长时间验证。