稳定性实现里程碑式重大突破，1元以下钙钛矿组件计划实现量产

电力18讯：

半年前，一则钙钛矿光伏组件成本将低于1元/瓦的新闻曾引爆光伏行业。尽管如此，不少人仍认为它还只是一个科创概念，其稳定性和铅含量等细节仍有争议，完全商业化尚需时日。无论怎样，钙钛矿这一未来光伏新技术，其商业化进程正在突飞猛进。

 

理论上来说，钙钛矿太阳能电池技术具有理论转换效率高、可与晶硅电池叠加，制备过程绿色低碳、且不受稀有金属储量限制等优势，其最大亮点是低成本。以中国的纤纳光电、协鑫纳米，日本的松下、东芝以及英国牛津光伏等为代表的企业，在钙钛矿效率提升的道路上均取得了不同的阶段性进展，资本的进入也为钙钛矿技术的发展提供了强劲的支持。

 

此前，中国长江三峡集团下属三峡资本宣布以战略投资者身份注资杭州纤纳光电技有限公司（简称“纤纳光电”），成为首家投资布局钙钛矿技术的央企；2019年3月，风电巨头金风科技宣布投资牛津光伏，拉开了其涉足钙钛矿领域的序幕。

 

实际上，外界对钙钛矿的质疑，无外乎两点：稳定性与铅含量，之前钙钛矿电池稳定性不佳的质疑声为其产业化前景增加了一些不确定性。2019年，随着行业龙头企业在电池稳定性方面取得了关键性突破才得以消除这些不确定性，加快了资本布局钙钛矿商业化的速度。

 

 

基于国标检测标准的“跨越式”效率提升

 

从2009年发展至今，钙钛矿光伏电池的实验室转换效率从3.81%到25.2%，展现出极为迅速的提升趋势。根据Henry Snaith教授刊登在《自然·能源》的论文，新式钙钛光伏电池的单层理论效率可达31%；钙钛矿叠层电池，包括晶硅/钙钛矿的双节叠层转换效率可达35%；钙钛矿三节层电池，理论效率可达45%以上，接近于目前市场上传统光伏电池转化效率的2倍。

 

在单层钙钛矿技术量产方面，虽然国内外企业均起步不久，但我国企业已屡破世界纪录，其中，仅纤纳光电一家公司就五次刷新了钙钛矿组件转换效率的世界纪录。2019年12月，纤纳光电宣布，其自主研发的钙钛矿小组件效率又创新高，在面积为19.276cm²的小组件上，光电转换效率突破18%，刷新了由其保持的世界最高效率。短短3年，纤纳光电将钙钛矿小组件效率提升了6个百分点。

 

 

在量产钙钛矿组件方面，光伏們了解到国内外企业基本是在2017年开始布局大面积的涂布中试线。2018年，日本的东芝集团在700-800cm²的大组件上实现了11.7%的效率；2019年8月，纤纳光电研发的大组件效率超越日本东芝公司，达11.98%；10月，纤纳光电将300.74cm²大组件效率提升至14.30 %，该成绩被中国可再生能源学会光伏专业委员会（CPVS）收录在《2019太阳电池中国最高效率表》中。

 

值得一提的是，尽管钙钛矿电池的转换效率被持续刷新，但对电池效率却说法不一，光伏們了解到，这是由于钙钛矿电池的测试方式不同于传统光伏电池，对于设备和光源的要求较高；测试方法的不尽相同，给测试结果带来了很大误差。

 

根据“太阳能之父”Martin Green教授和美国国家可再生能源实验室等7家国家级实验室联合编撰的《太阳能电池效率记录表》中规定，目前受到国际认可的检测方法，其关键点在于：1、采用稳态法的检测；2、计算面积时，需要根据光伏组件的限定辐照面积来进行测算，限定辐照面积包括组件的有效面积和死区面积。只有通过国际公认的严格标准才能客观体现出钙钛矿技术的真正潜力。

   

2019年太阳电池中国最高效率表

 

此外，对于钙钛矿的质疑还来自于铅的问题。此前有研究认为，钙钛矿光伏组件在使用过程中因不可抗拒的自然因素（飞石、冰雹、风、雪、火）而导致破损后，铅元素有可能发生泄漏并对周围环境造成污染。

 

经专家测算，市面上60片规格的晶硅组件，每块含铅量在16克至18克左右，而同样尺寸的钙钛矿组件，每块含铅仅为2克。纤纳光电方面也告诉光伏們，钙钛矿中的铅是以铅的卤化物形式存在，所以它的物理化学特性十分稳定，并且可以采用多种方式，在组件破碎后阻止金属离子扩散到环境中。

 

 

稳定性获突破，钙钛矿技术正式开启商业化进程

 

虽然钙钛矿光伏电池具有优异的光学性能、制备过程绿色低能耗，但其走向产业化的过程中却面临着电池稳定性问题的挑战。传统配方、工艺下钙钛矿光伏电池在连续工作一段时间后会出现明显的效率衰减，其在使用过程中受到的包括湿、热、电场和机械应力在内的老化应力会使未经优化的钙钛矿材料出现本征性蜕变，致使转换效率下降，制约了光伏电池的寿命。

 

 

目前这一问题已经有了解决方案，2019年12月，纤纳光电钙钛矿组件在第三方检测实验室通过了全球首次IEC稳定性测试，此次全球首例钙钛矿组件通过商业化光伏组件环境可靠性测试，标志着钙钛矿这一新兴技术正式走出实验室，迈向市场。根据检测报告显示，在加速老化情况下，他们的钙钛矿组件衰减率小于5%。在器件寿命方面，按晶硅组件的国际标准预测，通过测试后的钙钛矿组件使用寿命为20年左右。

 

光伏們了解到，此次稳定性测试由TÜV北德光伏实验室根据国际电工委员会（IEC）制定的国际标准进行，通过该标准检测是薄膜光伏组件进入市场前非常重要的准入条件。

 

通过稳定性测试之后，这意味着由此产出的钙钛矿组件初步具备了进入市场流通的条件。据介绍，钙钛矿技术要实现商业化目标，需要经历基础性研发、实验室效率提升、中试线建设、工艺优化与商业化效率提升、稳定性难题攻克、新产品示范、新厂房建设和产线扩建等步骤。此次纤纳光电钙钛矿产品通过全球首例稳定性测试具有里程碑意义，意味着钙钛矿技术迈出了正式商业化的第一步。

 

 

商业化产线建设启动，规模化生产在即

 

在稳定性以及铅含量的问题破解之后，纤纳光电的商业化产线也正在着手建设。据了解，目前纤纳光电已在浙江衢州建设100MW钙钛矿产业基地，完成了一期厂房11,000平方米的基建工程，这也是首个钙钛矿太阳能电池的商业化量产项目。

 

实现量产的钙钛矿太阳能电池，其低廉的成本仍是业界最为关心的重点。协鑫纳米报告指出，由于钙钛矿组件成本原材料只有基础化工材料，不含稀有元素，所以钙钛矿组件的成本可达到单晶硅组件成本的50%。

 

根据纤纳光电的量产规划，2020年计划建成小批量产线并投产，大型地面电站的钙钛矿光伏组件价格，在未来3-5年预计将低于1元/瓦，其发电成本控制在0.2-0.3元/千瓦时。

 

光伏們对比了不同种类太阳电池的全产业链建设成本。 

 

不同种类太阳电池的全产业链建设成本（ 数据来源：详见文末） 

 

综上，从目前来看，钙钛矿技术已在多个环节上有了一定的进展与突破。从效率提升空间和发展速度等方面评估，钙钛矿电池的多种技术路线未来有望实现与单晶相媲美的转换效率甚至更高，同时由于生产工艺环保，规模化生产成本相对较低，给行业带来了丰富的想象空间及光伏度电成本持续降低的希望。

 

如何在保证高转换效率的前提下实现其性能更加稳定、衰减率更低、进一步提高电池使用寿命仍然是当前的研究重点，而未来，产线量产情况、市场接受度和后续的产品工艺提升也将是决定钙钛矿光伏组件何时能够真正大规模量产和规模化应用的主要因素。

 

参考资料：

碲化镉：

https://mp.weixin.qq.com/s/qoeg8tSBiwmGaRVugaIZPA

 

晶硅

硅料：

https://www.zhitongcaijing.com/content/detail/271904.html

硅片：

https://vip.stock.finance.sina.com.cn/corp/view/vCB_AllBulletinDetail.php?stockid=601012&id=5610132

电池片：

https://vip.stock.finance.sina.com.cn/corp/view/vCB_AllBulletinDetail.php?stockid=601012&id=5681424

组件：

https://vip.stock.finance.sina.com.cn/corp/view/vCB_AllBulletinDetail.php?stockid=601012&id=5681423

 

钙钛矿

由纤纳光电提供