世界上第一个真正意义上的钙钛矿叠层组件

简介：对于钙钛矿马拉松运动员来说，只有持续、高强度的投资才能保持相对的技术优势。

钙钛矿真“上天”了。

12月14日，协鑫光电宣布369毫米×555mm钙钛矿叠层组件光电转换效率达到26.34%。

11月23日，协鑫光电刚刚产出“世界上第一个真正意义上的钙钛矿叠层组件”——在279mm×同类型组件370mm面积的效率达到26.17%。

在不到一个月的时间里，钙钛矿的叠层组件面积翻了一番，效率再次打破了世界纪录。

中间，12月9日，蓝箭航天朱雀二号遥三运载火箭将携带协鑫钙钛矿的部件发射到太空，真的“上了天”。

连续取得重大进展，受到市场的欢迎“上天”钙钛矿无疑进一步产业化。

星辰大海01前景？

由于分子结构ABX3与矿物质钛酸钙CatiO3相似，钙钛矿是一种常见的晶体结构材料。

从产品路线来看，钙钛矿电池可分为单结电池和层压电池。单结钙钛矿电池是指只有一个PN结的钙钛矿太阳能电池，包括全钙钛矿或钙钛矿和晶硅的层压。

从技术路线来看，目前钙钛矿晶硅层电池最接近工业化，其中与异质层的匹配度最好，效率最高。

然而，光伏界的共识是，全钙钛矿叠层电池是钙钛矿的最终解决方案。

全钙钛矿叠层电池是以宽带间隙钙钛矿电池为顶部电池，窄带间隙钙钛矿电池为底部电池。两层可调节带间隙，最大限度地提高太阳光谱的有效利用率。全钙钛矿叠层电池理论效率最高可达43%以上，远远超过市场上其他技术路线。

这就导致了钙钛矿区别于晶硅等其他技术路线的优势之一——光电转换效率有限。

晶硅电池的市场份额超过95%，越来越接近29.4%的理论效率上限。单结钙钛矿电池的理论效率为33%，通过调整ABX3中各元素的比例，与其他材料进行双节和三节叠层，得到所需的理想间隙，分别达到35%和45%的理论转换效率，远远超过晶硅电池的极限。

由于转换效率的优势，许多光伏组件的领导者都在努力使用钙钛矿的叠层如隆基绿能(601012)等发展路线.SH）、天合光能（688599.SH）开发钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，晶科能源(688223.SH/JKS.N）专注于钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池的布局，宝鑫科技(002514.SZ）聚焦钙钛矿/异质结叠层电池技术研发和产业转型。

钙钛矿电池除了具有较高的转化效率理论极限外，生长速度遥遥领先，发展前景广阔。

2009年，第一个钙钛矿光伏电池诞生，效率仅为3.8%。到2019年，钙钛矿电池的实验室效率仅在10年内提高到25.8%。相比之下，主流晶硅电池花了近40年才完成同级跨越。

钙钛矿提高了转化效率“婴儿学步”比晶硅电池快得多。

近年来，钙钛矿产业化不断取得突破，刷新纪录的速度也令人惊叹。

11月3日，光伏“一哥”通过NREL认证，隆基绿能宣布钙钛矿/晶硅叠层电池效率达到33.9%，刷新世界纪录。

20天后，协鑫光电279毫米×面积370mm的钙钛矿叠层组件效率达到26.17%，被称为世界上第一个真正意义上的钙钛矿叠层组件。12月14日，上述突破再次实现。

另一家钙钛矿企业极电光能也于11月27日宣布，1.2m×0.6m商用尺寸钙钛矿组件全面积效率18.2%，最大功率131.07瓦，孔径（AP）面积效率高达19.55%。

钙钛矿除了转化效率外，另一大竞争力在于其成本优势。

晶硅路线效率接近理论极限，技术迭代带来的效率空间逐渐枯竭，只剩下“降本”唯一的办法就是走。由于近期硅片价格持续下跌，晶硅组件成本也在持续下降。

但一旦钙钛矿实现大规模量产，这种程度的成本降低就显得小巫见大巫。

钙钛矿的成本优势主要体现在材料成本和制造成本两个方面。

从材料成本来看，钙钛矿是一种合成材料。目前主流元素是碳、氢、氮、铅、碘，不含稀缺材料，储量丰富。大规模制造不受原材料限制，成本极低。同时，钙钛矿的厚度很薄，约为0.3微米。与180微米晶硅电池的厚度相比，材料消耗也大大降低。

从制造业的角度来看，太阳能级硅至少需要99.999%的纯度。晶硅电池转换效率的提高将进一步提高对硅纯度的苛刻要求，大大提高设备成本和制造成本。

相比之下，钙钛矿材料只需要95%的纯度。同时，钙钛矿不需要像硅一样在几千度的高温下反复纯化，通常在不超过150度的低温环境下制备，两者的生产能耗差异很大。综合比较，钙钛矿光伏电池组件单瓦能耗仅为晶硅组件的1/10。

钙钛矿除了具有转化效率高、发电成本低的两大核心优势外，还具有较好的弱光性能和可调的外观和形态，这意味着更多的应用场景。

然而，在钙钛矿商业化之前，上述优势很难在短时间内实现。即便如此，钙钛矿今年仍在光伏产业投资“香饽饽”主题，驱使大量玩家“跑步入场”。

02新玩家“跑步进场”

虽然钙钛矿听起来很好“高端”，然而，与晶硅等其他技术路线相比，生产线的投资成本更低，这正是吸引许多公司，特别是新玩家涌入的一个重要因素。

传统的晶硅组件分为四个生产环节：硅材料、硅芯片、电池芯片和组件，需要四个不同的工厂专门生产。即使所有环节都是无缝连接的，也需要三天以上的时间才能完成。1GW产能总投资近10亿元。

相比之下，钙钛矿电池的生产过程很简单。只需在工厂铺设300米长的自动生产线，即可在45分钟内实现电池组件的完整生产过程，产业链显著缩短。1GW生产能力所需的投资仅为晶体硅的一半。

在光伏组件价格接近成本线的现状下，光伏组件制造商密切关注更有前途的技术路线，站在下一代技术迭代的前沿，即使钙钛矿的商业化仍处于“0-1”早期阶段。

一般来说，钙钛矿军备竞赛已经演变成阵营之间“三国杀”。

第一阵营是第二代光伏技术路线竞争中晶硅电池的领导者，代表协鑫光电、龙基绿能、天合光能、通威股份(600438).SH）等。

晶硅电池企业在钙钛矿的发展方向主要是钙钛矿/晶硅两端的叠层。晶硅电池企业掌握了成熟的晶硅技术，预计叠层电池将利用原有的生产线和技术积累，继续降低成本和提高效率的行业优势。

因此，大多数晶硅电池龙头企业很难放弃钙钛矿的布局。毕竟，如果任何制造商率先突破钙钛矿产业化问题，对同行降维的打击可能是毁灭性的。

二是试图打破现有光伏模式，以单点突破新势力，代表企业有纤纳光电、极电光能、曜能科技等。

大多数初创公司选择从单结钙钛矿开始。据业内人士介绍，单结钙钛矿工业化制造已形成基本工艺方案，技术难度相对简单。

一些初创企业选择钙钛矿堆叠硅和钙钛矿堆叠钙钛矿。姚能科技表示，目前团队自主研发的小面积钙钛矿/晶硅电极叠层电池设备效率已超过32%，大面积稳态效率已达30.44%。从数据来看，这是世界上数据公布的大面积叠层电池的最高效率。

第三阵营是光伏圈外的跨境玩家群体。例如，显示面板领先的JD.COM(000725.SZ）最近宣布正式进入光伏钙钛矿。

钙钛矿的热风也吹到了隔壁的新能源汽车市场。

比亚迪（002594.SZ/1211.HK）11月17日，该机构表示，该公司拥有专业的钙钛矿太阳能技术研发团队，并成立了光伏技术研究所，将继续增加相关的研发投资。长城汽车（601633.SH/2333.HK）去年，我们与江苏省锡山经济技术开发区签署了战略协议，投资30亿元规划建设世界上第一条GW钙钛矿光伏组件和BIPV产品生产线。该项目于今年4月开工。

新能源汽车企业跨境进入钙钛矿具有协同作用。由于钙钛矿材料薄且灵活性高，未来在汽车玻璃顶部应用的潜力很大，以增加里程。

03为时过早取代晶硅

不管钙钛矿有多美，在工业化初期也是现实。

钙钛矿面临的技术瓶颈需要多轮技术迭代、延续和继承，以及不断的试错和修正。“短期催熟”不可能毕其功于一役。

两大关键技术需要突破，一是稳定性，二是大面积制备。

稳定是第一个致命的瓶颈，没有成功的解决方案。

目前，钙钛矿电池的持续光照时间约为1万小时。如果按平均日照时间4小时计算，理论寿命仅为6.8年，远低于晶硅电池25-30年。

晶硅“坚如磐石”分子结构加工难度大，能耗高，但稳定性和耐久性也很高。钙钛矿是一种高湿度易分解的软离子晶体；生成温度低，逆分解所需能量低，存在耐高温、耐光等缺陷，降低组件效率甚至失效，其稳定性远低于金刚石结构的晶体硅。

换句话说，现阶段不耐光、不耐热、怕水的钙钛矿很难适应光伏组件热、晒、湿的正常环境。

目前，钙钛矿太阳能电池连续工作2000小时后，功率衰减约为5%。根据工业和信息化部发布的《光伏制造业规范条件》，单晶硅组件首年衰减不超过3%，多晶硅组件首年衰减不超过2.5%，未来每年衰减不超过0.7%。因此，根据晶硅电池的标准，钙钛矿电池的使用寿命远低于大规模商业使用的要求。

另一个主要的技术问题来自于大规模的制备。

膜生产工艺是限制钙钛矿电池大面积化的主要因素。在实验室过程中，大多数旋转涂层仪使用旋转涂层法制备小面积钙钛矿电池，但如果放置在大面积工业生产中，高速旋转涂层仪难以连续、大面积沉积，不能大规模着陆。

此外，电池面积的扩大会降低电池效率，而钙钛矿结晶时间短，工艺窗口小。当生产尺寸扩大时，钙钛矿膜容易出现孔隙和厚度不均匀，使大面积电池制备造成的效率损失更大。因此，大面积钙钛矿的效率远低于小面积的实验室效率。

为此，各厂商还在膜生产新技术手段、首选材料、成分、包装工艺等方面寻求多方面的探索，试图突破大面积制备问题。但是，存在相应的局限性，标准化方案尚未确定。

目前，晶硅电池短期内仍被钙钛矿完全取代“镜花水月”。尚言之，钙钛矿已经成为光伏组件的终极路线。

04长期“输血”，方见真章

钙钛矿技术不断突破“刷屏”，又给整个行业打了一针强心剂。

在代际竞争的背景下，晶硅电池仍然占据绝对主导地位，薄膜电池很难接过旗帜，对晶硅主导地位的挑战都落在钙钛矿上。

晶硅电池之所以站稳脚跟，取决于成熟的技术和整个生命周期的成本效益优势。决定钙钛矿能否取代晶硅光伏或进行错位竞争，不仅仅是理论上的转换效率极限或单一组件的成本优势，还需要考虑钙钛矿整个生命周期各阶段的综合成本——这需要时间和经验的积累，而不是一蹴而就的。

即使面对如此巨大的发展束缚，许多玩家仍然迫不及待地纷纷下注，这无疑是对钙钛矿高增长前景的乐观。

现实情况是钙钛矿暂时还是一个门“赔钱的生意”——专注于这一领域的项目本身不能造血，只能靠投资者的持续输血生存。

钙钛矿离商业化还有很长的路要走。专家预测，钙钛矿组件可以在五年内大规模生产。这意味着钙钛矿的投资不是暂时的，而是持续的长期代际竞争，需要几代人“输血”只有这样才能拉开竞争力的差距。

持续烧钱的项目，让今天的投资者更加理性甚至保守。

一位长期关注钙钛矿的投资者认为，今年年初钙钛矿项目的爆发，一方面是新能源热点的余热没有消失，另一方面是当时资本无处可去，非理性地追求新技术和新概念。如今，一级市场的退出路径正在收紧。此前，钙钛矿项目往往有数亿甚至数十亿的估值融资，后续轮次可能会阻碍投资机构。

钙钛矿早期项目主要为兆瓦级，光伏龙头企业现金流仍能覆盖，缺乏自身造血能力的初创企业必须依靠持续融资才能生存。

为了解决钙钛矿材料的稳定性和大面积制备问题，可预见的成本包括巨额的材料研发投资和设备支出。现阶段，钙钛矿需要很长时间才能真正计算成本账户和设备账户。与钙钛矿产业化所需的资本量相比，投资金额可以说是九牛一毛。

考虑到钙钛矿技术迭代周期长，投资者在短期内“烧出来”技术优势就像昙花一现。对于钙钛矿马拉松的跑步者来说，只有持续高强度的投资才能保持相对的技术优势，稍有放松就会在弯道上超车。

类似的例子是“十年磨一剑”的京东方。

京东方坚持投资液晶显示技术十多年，依靠股东、政府和银行的持续输血，直到第五代才实现液晶显示的独立生产，直到第十代才成为全球液晶显示领域的领导者。

如果钙钛矿被视为光伏工业“价值投资”，投资者不仅要做好长期工作“持股”长期技术变革带来的不确定性风险也要承担。

在最终结局远未明朗之前，下注各方应对可能到来“舞场泡沫”保持警惕。