近日,有关部门提出,要加快智能光伏创新突破,发展高纯硅料、大尺寸硅片技术,支持高效低成本晶硅电池生产,推动N型高效电池、柔性薄膜电池、钙钛矿及叠层电池等先进的技术的研发应用,提升规模化量产能力。
作为具有商业化应用前景的下一代技术,钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本、能耗低、应用场景丰富等特点,在光伏降本革命中受到关注。
回看2022年,钙钛矿领域融资热度持续升温,赛道中涌现出不少新入局者。展望2023年,在不少业内人士看来,钙钛矿电池产业化有望提速,行业竞争或将加剧。
所谓钙钛矿型太阳能电池,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,也被称作新概念太阳能电池。
其实不然,钙钛矿指的是一大类化合物,他们拥有相同的晶体结构,其化学成分简写为ABX3,其中A通常代表有机分子,B代表金属(如铅或锡),X代表卤素(如碘或氯)。
早在1838年,一位德国矿物学家就在乌拉尔山发现了这一种天然晶体,不过真正光伏意义上的钙钛矿,是到2009年才在实验中形成一定的光电转换效率。
科学家探索了很多种元素组合、不同的配比方式,这种人工干预的方式极大提升了钙钛矿的效率提升速度,仅用了10年多的时间,就取得了硅基材料光伏电池50多年才实现的成就。
由此可见,钙钛矿电池相比较晶硅电池而言,拥有更加广阔的发展空间,其上限远远超出晶硅电池。
相比较晶硅而言,钙钛矿具备三大核心优势:光电特性非常好、原材料丰富且易于合成、生产工艺流程短。
在阳光的照射下,钙钛矿拥有极强的吸光性,从而轻易的释放电子。有关数据显示, 把钙钛矿涂在玻璃上,只需要0.1-0.5微米就能吸收大部分阳光,而换成晶硅的线微米才可以做到同样的效果。
钙钛矿型材料是与ABX3化学结构类似的化合物统称,其中A位、B位、X位均可迭代替换,可选的材质种类众多。
其中A的主流选择是有机阳离子,比如甲胺、甲脒等,或无机阳离子,比如铯;B为二价金属阳离子,比如铅或锗;X为卤素阴离子。
这些都是储量丰富且便宜的材料,目前钙钛矿组件成本结构中,占比最多的是电极材料,达37%,钙钛矿自身材料成本仅占5%。
不同于晶硅路线要经历硅料、硅片、电池片、组件四个环节方可制备晶硅组件,钙钛矿组件制备只需要单一工厂,且生产的全部过程耗时较晶硅大幅度缩短,能耗也大为降低。
从单GW产能投资额来看,与晶硅电池相比,硅料+硅片+PERC 电池+组件合计需要约10亿元投资,而目前的钙钛矿10MW中试线亿元,达到量产成熟度之后,单GW产能仅需5 亿元投资额,约晶硅电池单GW产能投资额的二分之一,大幅度降低了生产复杂度和投资成本。
当然,没什么材料是完美的,钙钛矿有着很多的优势,但也有着一些不可避免的缺点。
总体来说,钙钛矿的劣势主要是含铅(造成了一定的环境污染)、大面积制备中的工艺不成熟,以及稳定性不足。
目前所有制作钙钛矿的技术中,还没有一点一种不含铅的办法能够让效率超过20%。
也许有人就会说了,晶硅体系的光伏电池也含有铅啊,为什么晶硅电池就没啥问题呢?
这是因为,晶硅电池组件里的铅,主要是金属铅,它在水里的溶解度不大,而钙钛矿里的铅是碘化铅,在水里会有一定的溶解度,对环境的影响更大。
要想保证钙钛矿电池的转换效率,那么结晶过程需要足够好的均匀度,保证时间和空间上的高度一致,实验室还好说,但是要量产的话其中的难度可想而知。
钙钛矿材料属于离子晶体,晶体稳定性不如晶硅,有几率存在不耐光照、不耐高温、易氧化、易水解等问题。
这个问题如果不解决,也就从另一方面代表着钙钛矿电池可能用个一两年就几乎报废了,这样的电池将毫无价值可言。
不过近年来国家大力支持发展钙钛矿太阳能电池,技术上也相继取得了重大突破,尤其是近期更是有诸多企业纷纷在这方面做布局,我相信这一些企业的领导人都不是傻子,一定是看到了可盈利的方向,只是目前消息还没放出来罢了,拭目以待吧。
钙钛矿电池上游材料主要有柔性材料、不锈钢板、玻璃等,其中TCO玻璃是钙钛矿电池的最核心材料,成本占比达34%。
钙钛矿太阳能电池的制备主要工艺为涂布及PVD,产线设备类型主要有镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备,其中镀膜设备价值量过半,激光设备确定性需求强。
需要着重关注的企业主要有捷佳纬创、京山轻机、西子节能、迈为股份、杰普特、帝尔激光、大族激光、德龙激光等。
比较重要的几家企业主要是杭萧钢构、宁德时代、通威股份、晶科能源、隆基股份等。
在圈里布局的:8月份翻倍的大港股份,9月份逆势上涨94.73%的彩虹集团,11月的中农联合、特一药业分别吃了67%、95%,12月份在安妮股份上吃了76%,接下来,更是布局的好时机。
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