钙钛矿：技术趋动光伏产业发展

导读：铅卤钙钛矿半导体材料具有带隙可调、缺陷容忍度高、原材料简单易得、可溶液法制备等特点，在光伏、辐射检测、照明显示、催化等多个领域具有巨大发展潜力。

得益于全球研究机构的关注和资源投入，经过短短十余年的发展，光伏电池单结电池转换效率已达到25.7%，与晶硅相结合的叠层电池效率已达29.8%。

随着钙钛矿光伏技术的不断成熟及市场对更高转化率的需求，其产业化进程正在稳步推进，预计未来将成为光伏产业重要的组成部分。

根据国际能源署数据，2020年全球新增光伏发电装机达到139GW，累计装机达到760GW，光伏发电占全球总发电量的3.7%。其中，中国新增装机48GW，累计装机253GW，是全球*的光伏发电应用市场。

在制造端，中国的多晶硅料、硅片、电池片和组件产量均连续多年稳居全球首位。预计到2050年，全球光伏累计装机将超过12,000GW，发电总量占比将超过25%。

全球不同发电技术路线的装机量预测，来源：IEA（International Energy Agency）

光伏组件是光伏发电系统的核心部件，能够将太阳能直接转化为电能。能量转换效率是光伏组件的核心技术参数，更高的转换效率是光伏技术研究和产业发展不断追求的目标，是光伏发电成本持续下降的源动力。

应用晶硅技术产品的市场占有率超过96%，其他4%为薄膜技术。已经量产的薄膜技术包括碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）。相对于薄膜技术，晶硅技术的量产成本更低，转换效率更高，是光伏产业的主流。

钙钛矿材料在光伏产业的应用主要有两个技术方向：单结和叠层。单结钙钛矿技术与其他薄膜技术相似，预期转换效率低于传统晶硅技术，但制造成本有望低于目前已产业化的薄膜技术。钙钛矿与晶硅相结合的叠层技术兼具高转换效率和低制造成本的优点，有望成为未来光伏产业的技术发展方向。

不同技术路线太阳能电池的产业化进展

钙钛矿被产业认为是*潜力的下一代光伏材料，全球在钙钛矿光伏技术的的产业化进程中齐头并进，中国目前在晶硅全产业链的材料、装备、产品制造和系统集成应用等细分领域均处于世界*地位。

高效光伏技术的开发是国家中长期科学和技术发展纲要、“十四五”规划、“3060”碳达峰与碳中和等目标实现的重点任务。现有的商业化光伏技术由于受材料、工艺及器件结构、工作原理的限制，其效率提升和成本降低的空间有限，难以满足未来光伏行业对廉价太阳能电能的需求。为此，迫切需要发展下一代新型太阳能电池，破解在廉价的条件下实现高效稳定的光伏器件难题。

与传统晶硅太阳能电池相比，钙钛矿光伏电池的工艺简单，设备和制备成本更低，且有着极低的单位能耗，可以有效降低度电成本。目前钙钛矿太阳能电池尚在产业化初期，主要瓶颈在于长期稳定性和大面积制备工艺。

根据钙钛矿光伏电池的结构区别，可将电池类型分为三条主流技术路线：钙钛矿单结电池、四端和两端钙钛矿/晶硅叠层电池。光伏电池的基本原理是在半导体材料中通过光照产生光生载流子，并通过选择性传输层将电子和空穴分离并产生电压和电流，从而实现光子的能量转换，但三者的器件结构和对光子的利用率有较大的区别。

1、钙钛矿单结电池：

国内外已有数家企业进入中试阶段，大面积组件的效率在15%以下，目前和晶硅组件的效率依旧相差甚远。钙钛矿组件的造价未来在大范围量产后预计会略低于晶硅组件。由于其目前较低的效率，度电成本未来仍可能高于晶硅组件。但值得注意的是，钙钛矿单结组件可以切入细分的领域，例如BIPV，柔性组件或者空间应用。

2、四端钙钛矿/晶硅叠层电池:

叠层太阳能电池技术旨在突破单结太阳能电池的Shockley–Queisser极限（例如晶硅的理论极限小于30%），在高效转换光子能量的基础上将理论极限推至40%以上。其中四端叠层将晶硅电池和钙钛矿电池分开制备，仅在组件端进行整合。目前产业界仅有试验性的尝试，还未进入中试阶段。

3、两端钙钛矿/晶硅叠层电池:

和四端叠层电池相比，两端叠层电池在成本上的优势更明显，首先可以减少一层透明导电电极的制备，其次良品率由于单片电池面积的急剧减小而大幅上升，同时两端叠层的理论极限上限也相对更高。虽然叠层组件制备成本会比晶硅组件略高，但由于其更高的能量转换效率，度电成本会更低。目前产业界有英国的牛津光伏进入中试阶段。

光伏发电产业链上游由光伏电池相关原材料组成，包括硅料、多晶硅、单晶硅等；中游则是电池片、电池组件的生产或系统集成；下游为光伏发电的应用，包括集中式的大型区域性地面光伏发电系统，和企业厂房园区房屋屋顶使用的分布式光伏发电系统。

在功能性材料领域，高瓴投资了研一新材，其以锂电池新型功能材料为核心业务，聚焦“太阳能光伏+锂电/硫锂储能”等新能源领域，开展相关材料的研发合作。在组建材料领域，高瓴投资的永臻科技，在镁铝合金生产及加工行业处于国际*优势，公司建有10条铝合金太阳能光伏边框生产线，专注成为太阳能应用解决方案行业的*。在钙钛矿电池领域，高瓴投资了曜能科技，曜能科技是全球最早进行钙钛矿太能能电池产业化研发的研发团队之一，专注于钙钛矿/晶硅叠层电池工艺和材料稳定性提升等核心技术，进一步降低光伏发电成本。

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