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钙钛矿——光伏电池的“明日之星”(上)

  • 作者:风吹草低见牛羊
  • 2023-02-05 11:11:16
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1 钙钛矿电池效率更高成本更低,商业化趋势初见端倪

1.1、政策助推多元化发展,股权激励再迎发行高峰

钙钛矿电池属于第三代太阳能电池,包括纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型。太阳能电池经历了三段发展时期,第一段属于晶硅电池,晶硅电池先后经历了多晶和单晶之争、N型和P型之争,单晶相比多晶效率更高,初始阶段成本相应也更高,2015年单晶组件市占率不超过20%,2019年已经达到62%,完成对多晶的超越。同时,根据CPIA数据,2021年perc电池市占率达91%,远大于效率更高的N型,未来随着N型不断降本,有望成为市场主流;第二代薄膜电池的发展较为波折,20世纪80年代和2000年至2010年间,薄膜电池均是当时市场主流,但20世纪90年代和2010年后晶硅电池分别凭借效率优势和成本优势快速抢占市场,2021年全球市场中薄膜电池市占率仅为3.8%。目前主流的薄膜电池包括碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)和砷化镓(GaAs);第三代新型薄膜电池中既包括钙钛矿太阳能电池,也包括量子点太阳能电池和染料敏化太阳能电池,其中钙钛矿太阳能电池又可分为纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池,钙钛矿电池可分别和晶硅电池或薄膜电池进行叠层,理论上最大的叠层数量是4层。      

广义“钙钛矿”是指与CaTiO3结构类似的ABX3型化合物,目前用于太阳能电池发电层的钙钛矿材料一般为有机-无机杂化钙钛矿材料。钙钛矿材料电池命名取自俄罗斯地质学家Perovski的名字,狭义的钙钛矿特指CaTiO3,广义的钙钛矿泛指与CaTiO3结构类似的ABX3型化合物,A代表有机分子(一般为CH3NH3等),B代表金属离子(一般为铅或锡),X代表卤素离子(一般为氟、氯、溴、碘、砹),A、B、X分别对应图2中蓝色、灰色、紫色部分,BX6构成八面体。用于太阳能电池发电层的钙钛矿材料一般为有机-无机杂化钙钛矿材料,该类型的结构是1987年由Weber首次提出。

纯钙钛矿电池中n-i-p型电池结构较为普遍,钙钛矿叠层电池中HJT-钙钛矿叠层电池较为合适。纯钙钛矿电池可分为n-i-p和p-i-n两种器件结构,其中n-i-p结构是指电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层的器件结构,p-i-n结构是指空穴传输层-钙钛矿层-电子传输层的器件结构,其中n-i-p器件结构较为常见。钙钛矿叠层电池方面,钙钛矿可以选择和晶硅电池叠层,也可以选择和薄膜电池叠层,其中由于HJT电池结构天然适合与钙钛矿电池进行叠层,因此HJT-钙钛矿叠层电池是较为普遍的产业选择,HJT-钙钛矿叠层电池的顶电池一般为钙钛矿电池,底电池一般为HJT电池,由钙钛矿电池负责吸收短波长的太阳光(紫外+蓝绿可见光),HJT电池负责吸收长波长的太阳光(红外光),可以很好的提高太阳能电池的性能。

TCO、HTL、ETL层的可选材料相对较多。在钙钛矿电池结构中,玻璃一般采用超白浮法玻璃;空穴传输层的作用是只允许空穴通过,不允许电子通过,电子传输层则是只允许电子通过,不允许空穴通过,使得空穴和电子分离进而产生电动势,材料上HTL层和ETL层的选择相对较多,各个材料之间存在一定差异,ETL层可以选用TiO2 、SrTiO3、ZnO、SnO2、ZrO2等,HTL层可以选用NiO、CuS、Cu2S、CuO 、MoO3、WO3;

TCO薄膜需满足多项条件,一般选用ITO。透明导电层膜TCO的主要作用是镀在玻璃上使其具有导电性,成为太阳能电池的顶电极,或是在叠层电池中作为晶硅电池和钙钛矿电池的过渡层,以减少表面载流子的复合。TCO薄膜一般需要同时满足透光性、导电性和稳定性,受光面TCO膜需要是较低的载流子浓度防止红外吸收,且需与接触的硅薄膜的功函数匹配,形成良好的欧姆接触。TCO一般通过掺杂来获得一定的导电性,一般可选择ITO(铟掺杂氧化锡,90%In2O3+10% SnO2)、IWO(铟掺杂氧化钨)、AZO(铝掺杂氧化锌)、IZO(铟掺杂氧化锌)等材料,上述材料也可以构成复合膜层而提升器件性能,一般使用较多的ITO。ITO具有良好的光电性能,但ITO由于含有稀有金属铟,价格也相对较贵;

纯钙钛矿电池中胶膜封装一般选用POE胶膜而不能用EVA胶膜。由于钙钛矿材料比较敏感,因此钙钛矿电池在封装的要求相比晶硅电池更高,一般采用POE胶膜而不能采用EVA胶膜,主要原因有两点,一是EVA胶膜的水汽透过率较高,晶硅可以容忍的水汽透过率钙钛矿不能容忍,二是EVA胶膜降解分解会产生醋酸,对钙钛矿材料造成腐蚀,降低电池性能。POE胶膜相比EVA胶膜的封装效果和稳定性更好,但POE胶膜目前同样存在两点问题,一是POE粒子目前仍严重依赖于进口,二是层压工艺上存在打滑等问题。整体来看,尽管各膜层可供选择的材料相对较多,但各档次最优材料或最适合量产材料的确定对于产业化规模降本来说也同样重要。

钙钛矿电池的发电原理本质上依旧是扩散,钙钛矿材料的吸收系数、载流子复合率、载流子迁移率等性能指标均较为优异。光照下钙钛矿材料吸收光子能量,其价带内的束缚电子穿过禁带到达导带,在价带中留下空穴,产生电子-空穴对,这些载流子或成为激子或成为自由载流子,其中,未复合的电子从钙钛矿层传输到电子传输层,进而被导电基底收集,未复合的空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层,进而被金属电极收集。在接通外电路情况下,电子和空穴在扩散作用下分别向特定方向移动进而形成电流。钙钛矿材料具有较高的吸收系数,双极载流子传输性质,较低的载流子复合率和较高的载流子迁移率,所以载流子的扩散距离和寿命较长。例如,CH3NH3PbI3的载流子扩散长度至少为100nm,有的钙钛矿材料甚至可以达到1μm,使得钙钛矿电池具有优异的电学性能。

钙钛矿电池的能量损失主要来自于光损失和电损失,对于钙钛矿/晶硅叠层电池还存在电流失配导致的能量损失。光损失钙钛矿叠层电池的光损失包括不能被吸收的太阳光损失、上表面的反射损失、透明电极或中间层寄生吸收损失。晶体硅的禁带宽度为1.12eV,纯钙钛矿的禁带宽度为1.55eV,钙钛矿-晶硅钙钛矿叠层电池中钙钛矿的禁带宽度为1.73eV,太阳光中能量低于禁带宽度的长波段光子不足以提供足够的能量产生光生载流子,叠层电池的反射损失主要发生在顶电极和底电极的表面,晶硅的折射率约为3.8,空气的折射率略大于1,钙钛矿层的折射率的一般在2.34-2.38,可通过减反处理降低反射损失。图7中白色部分即是不同波长的反射损失,其他部分是各层的吸收情况。叠层电池的寄生吸收损失主要原因为叠层电池中钙钛矿层和硅层吸收光产生光电流,但电子传输层、空穴传输层、透明电极的光吸收不会产生光电流,从而导致寄生吸收损失,通过削减膜层厚度可以降低吸收损失;电损失是由电子传输层、空穴传输层、透明电极等各层的表面电阻引起,降低膜层厚度一方面可以降低寄生吸收损失,但另一方面也会增加表面电阻,因此优化薄膜厚度使得光损失和电损失之间达到平衡是提高叠层电池性能的重要方式之一;电流失配导致的能量损失叠层电池的光电流遵循短板效应,即取决于子电池中最小的光电流,因此使得顶电池和底电池的电流匹配也是提高叠层电池性能的重要途径,需要通过不断的计算和模拟以获得最理想的匹配结果。

1.2、钙钛矿电池具有更高实验效率和更低生产成本,稳定性尚待提升

钙钛矿电池的优势钙钛矿材料吸光性更好且带隙可调,相较于晶硅电池拥有更高理论转换效率和更低生产成本两点核心优势。


钙钛矿电池优势1晶硅电池理论极限效率为29.4%,钙钛矿叠层电池实验室效率已达到31.3%。

单节晶硅电池理论转换效率上限是29.4%,实验室效率极限约28%,工程极限效率是27.1%。半导体材料本身决定着光伏电池转换效率的上限,而半导体材料的禁带宽度决定了其开路电压和短路电流,一般来说,禁带宽度越大,开路电压越大,而短路电流越小。晶体硅的带隙宽度为1.1 eV,对应单结晶硅电池理论效率极限是29.4%,实验室极限效率约28%,现实条件可实现的工程极限效率是27.1%。

2021年Perc电池量产平均效率23.1%,天合光能210 perc电池量产最高效率24.5%,理论转换效率上限24.5%。根据CPIA数据,2021年perc电池平均转换效率为23.1%,市场占比91.2%,同期2021年异质结电池平均转换效率达 24.2%,n型电池平均转换效率超过24%,市场占比仅为3%;天合光能2022年7月宣布其自主研发的210mm高效p型PERC电池最高效率达到24.5%,已经达到perc电池的理论效率极限,也是天合光能第24次刷新和创造世界纪录;

截至2022年8月,TOPCon电池量产平均效率已达到24.8%,实验室效率已达到25.7%,理论转换效率上限是28.7%。目前晶科能源2022年上半年一期16GW的topcon产能已满产,量产转换效率已达24.8%,同时,截至2022年5月份中来股份1.5GW topcon 2.0电池项目产线已完成爬坡,量产转换效率为24%-24.5%;实验室效率上,2022年4月晶科能源自主研发的182 n型高效单晶硅电池(topcon)转化效率经中国计量科学院第三方测试认证,全面积电池转化效率达到25.7%,而topcon电池的理论转换效率上限是28.7%;

截至2022年8月,HJT电池量产平均效率为24.73%,量产最高效率为25.1%,组件效率接近23%,实验室最高效率为26.5%,理论转换效率上限是27.5%。华晟二期主要生产210微晶异质结半片和高功率组件,通过导入单面微晶工艺、120μm超薄异质结专用硅片、低银耗超高精度多主栅技术和银包铜浆料,以GW级规模生产带动电池效率和成本进入了新阶段。目前华晟210mm尺寸微晶异质结电池片批次平均效率达到24.73%,生产线冠军电池片效率达25.1%,210-132版型冠军组件功率达710W,组件全面转换效率22.9%;实验室效率方面,HJT电池实验室最高效率是隆基2022年6月研发的M6全尺寸电池,其光电转换效率达26.50%,同时迈为和sundrive 2022年9月联合开发出的超高效率微晶异质结电池,效率达到26.41%;HJT电池理论转化效率上限为27.5%。

第二代薄膜电池中碲化镉组件量产平均效率为15.3%,铜铟镓硒组件量产平均效率为16.5%,碲化镉组件实验室效率为21.5%,碲化镉组件理论转换效率上限为32%-33%。薄膜组件由于使用材料较少和能耗较低,整体生产成本较低,且制造工艺简单,可大面积连续生产,同时其弱光效应较好,在光伏建筑一体化和可穿戴设备上具有较好应用前景。目前薄膜电池组件主要问题在于量产效率偏低,根据智研咨询数据,截至2021年铜铟镓硒组件量产平均效率为16.5%,碲化镉组件量产平均效率15.3%,实验室转换效率为21.5%,由美国First Solar完成,最高理论转换效率约32%-33%。第二代薄膜电池中砷化镓电池的实验室效率明显更高,2021年7月 德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)在858纳米的激光下,使用砷化镓电池创下了68.9%的转换效率记录。

2022年协鑫光电的纯钙钛矿1m*2m组件量产效率目标为16%,单节纯钙钛矿电池实验室效率为25.6%,单节理论效率上限是33%,双节和三节分别为43%和50%;钙钛矿-晶硅叠层电池实验室效率为31.3%。由于可作为发光层的半导体材料选择是影响电池效率上限的主要因素,而钙钛矿材料由于带隙可调,可非常接近于最优带隙,因此理论上钙钛矿电池的转换效率可远超晶硅电池。协鑫光电2022年纯钙钛矿1m*2m组件量产效率目标为16%,2023年量产效率目标为18%,当前单结钙钛矿(PSCs)电池实验室最高转换效率达25.6%,由中科院游经碧团队研制。全钙钛矿单层电池的理论转化效率极限为33%,全钙钛矿双结叠层转换效率可达43%,全钙钛矿三结叠层转换效率可达50%左右,远远大于晶硅电池的29.4%。钙钛矿-晶硅叠层电池方面,2022年7月洛桑联邦理工学院(EPFL)和瑞士电子与微技术中心(CSEM)共同创造了钙钛矿-硅叠层光伏电池新的世界纪录,达到31.3%。Bruno Ehrler等指出钙钛矿/硅叠层电池中钙钛矿的最佳带隙为1.73eV,在光照AM 1.5G、温度25℃时,2-T钙钛矿/硅叠层电池的理论转换效率上限为45.1%,4-T钙钛矿/硅叠层电池的理论转换效率上限是45.3%。

优势2更少材料用量、更低材料价格、更低生产能耗、更高组件功率、更长工作时间,导致钙钛矿电池相比晶硅电池具有明显成本优势。晶硅电池组件的最低生产成本为1元/W左右,纯钙钛矿电池在扩大生产规模后理论上可以降至0.5元/W甚至更低,且生产速度更快。根据协鑫光电披露的息,钙钛矿组件的所有工艺流程都可以在一个工厂里面进行,从原材料到组件只要45分钟。钙钛矿电池的成本节约主要体现在以下几方面

一是更少材料用量带来的成本下降材料用量方面,钙钛矿材料用量与晶硅电池中的硅使用量明显更小。0.3μm厚的钙钛矿层便可以完成对太阳光的饱和吸收,根据协鑫光电数据,按晶硅电池中的硅片厚度180μm,60片组件计算,原本需要消耗1kg的硅料,钙钛矿材料只需要2g;根据Oxford PV公司,35 kg 钙钛矿的发电量与7 t 硅(通常用于160 μm 厚的晶片)的发电量相同,规模化生产后钙钛矿材料成本相比晶硅预计将大幅降低;

二是更低材料价格带来的成本下降钙钛矿材料基本为基础化工元素,不像晶硅电池需要用到稀有金属铟或贵金属银,钙钛矿的储量也十分丰富,不会存在供应瓶颈,且钙钛矿前驱液的制备过程中涉及工艺均较为简单;

三是更低生产能耗带来的成本下降钙钛矿相比晶硅在生产过程中的能量消耗更少,晶硅在前端硅料和拉棒生产环节都需要1400度左右的高温,电池片生产需要800-900度左右的高温,钙钛矿由于怕高温,生产中最高温度一般不超过120度;

四是更高组件效率带来的成本下降N型电池片效率一般为25%左右,N型晶硅电池组件效率一般在22%左右,中间会有约2%-3%的封装效率损失,而钙钛矿生产出来就是组件,如果钙钛矿组件可大规模量产且效率能够达到23%,则相比晶硅电池将具有一定效率优势,如果钙钛矿组件效率能够做到25%左右,则相比晶硅电池将会具有全面优势;

五是更长的工作时间,钙钛矿组件更长的工作时间主要源于对杂质的高容忍度和更好的弱光表现一是钙钛矿材料的基态是单线态,激发态是三线态,对杂质容忍度较高,材料纯度只需90%,自然杂质的扩散不易导致钙钛矿组件的衰减,而晶硅的基态和激发态都是单线态,需要具备6N级以上纯度,晶硅的功率衰减也主要源自于杂质向硅片的扩散;在弱光条件下表现更好,据纤纳光电创始人姚冀众介绍,纤纳光电测试发现,钙钛矿电池在早晚弱光环境下的发电时间比PERC电池多1个小时左右,这让钙钛矿电池一年可以多发电3%至5%。

钙钛矿电池单GW生产成本仅为晶硅电池的一半,钙钛矿组件的成本构成中以玻璃、电极材料和封装材料为主。由于钙钛矿电池厂本身就相当于组件厂,同时也省去了晶硅电池前端的硅料提纯、硅片切割等环节,整体生产成本上相较晶硅电池可大幅降低。根据协鑫光电数据,晶硅电池生产中硅料厂的单GW投资成本约3.45亿元,硅片厂的单GW投资成本为4亿元,电池片厂和组件厂的单GW投资成本分别为1.5亿元和0.65亿元,合计为9.6亿元/GW,而钙钛矿厂的单GW投资成本为5亿元,约为同级别晶硅电池生产成本的一半。对于100MW级别的钙钛矿电池,组件成本略小于1元/W,对于1GW级别量产的钙钛矿组件,成本可降至0.7元/W,对于5-10GW级别量产的钙钛矿组件,成本可降至0.5-0.6元/W。以100MW级别的钙钛矿组件为例,其成本构成主要以玻璃、电极材料和封装材料为主,玻璃及封装材料、电极材料、固定资产折旧、能源动力、人工成本、钙钛矿材料的成本占比依次分别为34%、31%、16%、13%、3%和3%,当产能规模放大后材料类成本占比会有所上升,整体成本结构将依然以玻璃和电极材料为主。

钙钛矿电池在材料上的劣势钙钛矿材料本身较为敏感和脆弱,水氧、温度、光照、金属原子扩散等均会影响钙钛矿材料的稳定性。钙钛矿材料作为一种半有机物,本身较为敏感和脆弱,其不稳定性主要受四方面因素影响。一是水氧影响传统的钙钛矿材料ABX3本身具有很强的吸湿性,能够吸收其周围环境中存在的水分子,当空气湿度达到一定程度后,过多的水分子便会使得钙钛矿材料分解,降低器件性能。以CH3NH3PbI3为例,当空气中的水分子透过空穴传输层到达钙钛矿层后,CH3NH3PbI3便会首先分解为CH3NH3I和PbI2,分解生成的CH3NH3I又会进一步分解成CH3NH2和HI,此时HI会有两种反应,一种分解为H2和I2,二是会与O2反应生产H2O和I2,尽管上述反应均为可逆的,但在较为潮湿环境下以正向反应为主,随着水氧逐步增多,且HI易溶于水使溶液呈酸性,钙钛矿材料会逐步分解;二是温度影响持续受热或高温不仅会降低钙钛矿电池的稳定性,还会破坏钙钛矿吸光层材料的晶体结构,最终导致器件性能和寿命的不可逆下降;三是光照影响光照条件下不同传输层材料的选择对钙钛矿材料的稳定性也有影响,传统的钙钛矿电池大多采用TiO2作为电子传输层的材料,但TiO2实际为一种光催化材料,在光照下会与光吸收材料发生反应,将界面上的I-氧化成I2,使钙钛矿材料分解成甲胺和HI,使得电池性能下降;四是金属原子扩散影响电极一般采用银、铝等材料,金属原子可通过扩散作用进入钙钛矿层,引起钙钛矿材料的分解,同时钙钛矿材料中的卤素原子也会通过扩散作用进入金属电极,腐蚀电极材料,进而造成器件性能的下降。

针对以上存在的不稳定性方面的问题,可从三方面去解决一是提升器件内部稳定性,二是后钝化处理,三是更先进的封装工艺,钙钛矿电池封装需要满足无腐蚀性成分或分解产物、高体积电阻率、低水气透过率、CTE、柔韧性与薄膜匹配高且环境应力稳定的粘接力、组件层压效率高等要求。首先是提升器件内部稳定,即通过提升各功能层材料的稳定性及结构优化,从而提高器件稳定性;器件内部稳定性的提升,主要包括以下几个方面提升钙钛矿材料的稳定性(成分或结构改变)、优化传输层(ETL掺杂的ZnO替代TiO2等、HTLSpiro-OMeTAD等)和电极材料(碳电极等)的稳定性、在钙钛矿层与空穴传输层或电子传输层之间加入缓冲层,以降低相邻层之间的影响;其次是通过后处理钝化的方式来提升器件稳定性,将钙钛矿层的表面做钝化处理一方面可提升器件效率,另一方面也可以提升稳定性;

最后是采用更为先进的封装工艺,p型电池、n型电池、钙钛矿电池的封装要求逐级提高,钙钛矿电池封装需要使用POE或TPO胶膜而不能使用EVA胶膜。晶硅电池中n型电池的封装要求相比p型电池更高,而钙钛矿电池的封装要求相比n型晶硅电池更为严格。EVA无论成本、生产效率、可靠性以及特殊需要都可满足perc的封装要求,抗PID型EVA可更好满足相关设计要求。钙钛矿电池和n型电池封装需要满足无腐蚀性成分或分解产物、高体积电阻率、低水蒸气透过率、CTE、柔韧性与薄膜匹配高且环境应力稳定的粘接力、组件层压效率高的要求,EVA胶膜由于会降解产生醋酸不能使用,POE(聚乙烯弹性体)胶膜较为合适。POE是由乙烯与α-烯烃无规共聚得到的弹性体,其中α-烯烃是核心原材料。POE胶膜具有更低的玻璃化转变温度、更低的水汽透过率、更好的电气绝缘性能、更好的化学稳定性四大优势,且不依赖配方就可实现。此外,通过使用TPO(热塑性聚烯烃)胶膜、含有吸潮剂的边缘密封胶、增加惰性气体保护等方式也可提高钙钛矿电池组件的稳定性。

经部分公司测试,钙钛矿电池组件可稳定使用超过25年,实际稳定性如何尚待验证。单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,使用寿命一般可达15年,最高可达25年,而钙钛矿电池的不稳定性可以通过封装技术和加工工艺的提升来一定程度的解决。瑞典制造初创公司 Evolar 宣布其钙钛矿电池技术通过了行业标准的加速可靠性测试,结果表明可能会在该领域保持稳定超过 25 年。不过钙钛矿组件在实际商业化应用的场景中具体使用寿命如何,可能还需更多时间去进一步验证。

钙钛矿电池组件中的实际铅含量小于晶硅电池,无需过度担心。钙钛矿材料ABX3中的B位一般为铅离子,铅元素的毒性会造成环境污染,影响人体健康,不过从产业实际对比来看,该问题无需过度担心。一方面,如果把钙钛矿组件和晶硅组件对比来看,晶硅组件在焊带的选择上一般是采用含铅的焊带,焊接是铜箔涂铅,一块晶硅组件的铅含量约为18-20g,相同功率的钙钛矿组件实际铅含量一般不超过2g。从铅含量来看钙钛矿电池相比晶硅更小,如果能解决封装问题,则对环境的影响可以进一步减小;另一方面,目前国内高校和产业界也已经开始逐步研发不含铅的钙钛矿材料,较多研究采用Sn2+作为钙钛矿太阳能电池中Pb2+的替代离子,还有无机非铅的类钙钛矿衍生材料也开始得到越来越多关注,如Cs2SnI6钙钛矿太阳能电池,以及在地面上添加吸附剂等方式。总体来看目前仍存在较多方式可以大幅提升钙钛矿材料本身的环境友好程度。

1.3、 产品、设备、政策三端逐步发力,钙钛矿电池商业化初见端倪

产品端纤纳光电组件α出货、极电光能正式签单、协鑫大尺寸组件下线,钙钛矿电池从技术讨论逐步走向商业化尝试。2022年5月20日,纤纳光电钙钛矿组件α全球首发,该组件采用纤纳独立开发的溶液打印技术,具有功率高、稳定性好、温度系数低、热斑效应小、不易隐裂等特性,可进行12年产品材料与工艺质保,25年线性功率输出质保;2022年7月28日,纤纳光电在浙江衢州举行了首批α组件的发货仪式,此次发货数量为5000片,用于省内工商业分布式钙钛矿电站;2022年4月18日,极电光能与大冶市人民政府、智能科技在湖北大冶举行“大冶新能源项目签约暨长冶新能源揭牌仪式”,大冶新能源项目装机规模达2.8GW,总投资金额约120亿元;协鑫光电生产的尺寸为1m×2m的全球最大尺寸钙钛矿组件已经下线,投建的全球首条100MW量产线已在昆山完成厂房和主要硬件建设,计划2022年投入量产。2022年以来,可以明显看到钙钛矿电池产业由之前的技术可行性探讨开始逐步走向商业化的尝试,首批尝试商业化的项目有助于头部企业尽早形成可真正商业化的成熟产品,也将极大程度的促进国内钙钛矿产业的后续发展进程。

设备端晟成光伏钙钛矿电池蒸镀设备已量产交付,捷佳伟创中标某领先公司的钙钛矿电池量产线镀膜设备订单。2021年初,京山轻机子公司晟成光伏投资10亿新建智能装备制造中心,用于新增高端光伏组件设备生产线以及建立制备异质结和钙钛矿叠层电池核心设备研发机构,2021年5月,晟成光伏与业内钙钛矿电池领先企业开展钙钛矿叠层电池技术开发战略合作。经过长时间研发及实验数据验证,2022年6月,晟成光伏钙钛矿电池团簇型多腔式蒸镀设备已量产,并成功应用于多个客户端。2022年7月10日,捷佳伟创宣布公司“立式反应式等离子体镀膜设备” (RPD)通过厂内验收,将发运给客户投入生产;2022年7月29日,捷佳伟创顺利出货了GW级HIT电池产线设备,并再次中标某领先公司的钙钛矿电池量产线镀膜设备订单。该RPD镀膜设备是捷佳伟创面向钙钛矿电池持续研发的系列核心装备之一,具有多项的自主知识产权和极高的技术壁垒,为钙钛矿电池产业化的实现提供了更可靠的装备保证。RPD设备是纯钙钛矿电池生产过程中的核心设备,镀膜设备的快速成熟将在极大程度推进钙钛矿电池的产业化进程。

政策端2022年开始中美两国均明确表示支持钙钛矿产业发展,政策助力下产业有望加速成熟。2022年4月2日,国家能源局、科学技术部联合印发《“十四五”能源领域科技创新规划》,在太阳能发电及利用技术方面,研究新型光伏系统及关键部件技术、高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术、高效低成本光伏电池技术、光伏组件回收处理与再利用技术、太阳能热发电与综合利用技术5项光伏技术;2022年6月1日,国家发改委、国家能源局等九部门发布《“十四五”可再生能源发展规划》,规划中强调“要掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术”;2022年8月18日,科技部、国家发展改革委、工业和息化部等9部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》,实施方案统筹提出支撑2030年前实现碳达峰目标的科技创新行动和保障举措,并为2060年前实现碳中和目标做好技术研发储备,并提出“研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术”。2022年7月,美国能源部 (DOE) 太阳能技术办公室 (SETO) 宣布了 2022 财年光伏研究与开发 (PVRD) 的资助机会,将为降低成本和供应链漏洞、进一步开发耐用的项目提供 2900万美元的资金和可回收太阳能技术,并将钙钛矿光伏(PV)技术推向商业化。可以看到自2022年开始,中美两国对钙钛矿产业发展的重视程度均在逐步增加,政策端的成熟有望加速钙钛矿产业成熟。


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