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新2app:这个行业需要补“钙”

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作者 | 袁漪琳

出品 | 虎嗅科技组

题图 | IC photo

光伏苦内卷久矣。

2021被称为碳中和行动元年,光伏行业更是热点频出。但在过去的一年里,供应链上的原材料和物流成本普遍上调――例如,硅料每千克均价从80元上涨到最高点的270元,给行业带来焦虑情绪,今年的光伏新增装机容量也未达预期。

晶硅技术即将触顶,一个凭借技术洗牌的行业,亟需一股新的动力来打破尴尬。从全球科学家的实验室里飞速“进化”的钙钛矿太阳能电池,开始作为光伏“革新者”进入大众视野,吸引资金流入。

今年1月,由三峡资本领投的纤纳光电完成3.88亿的C轮融资。8月,北京曜能科技完成数千万元的A轮融资,由高瓴气候变化投资团队领投,钙钛矿赛道再迎空前热度。10月,极电光能的Pre-A轮融资获得碧桂园创投、九智资本联合领投,募得2.2亿元。

“上帝送给光伏行业的礼物”

钙钛矿是一种人工合成的新型光电材料,具有极其出色的光学和电学性能,在纳米结构太阳能电池的应用上备受期待。

“有教授说,‘钙钛矿是上天赐给光伏行业的一个礼物’,”招银国际执行董事余操告诉虎嗅,包括他自己从本科开始学光伏薄膜的时候,因为这个领域的技术一直很难有突破,很多人甚至感觉都快学不下去了,主要原因是之前的薄膜,例如非晶硅、有机、铜铟镓硒等技术都很难在效率和成本上比晶硅有优势,但钙钛矿一出来就“挽救了很多人的职业”。在他读博期间,钙钛矿的相关技术在学术上已经不算新鲜,而是一个热门话题,且一直在成长。

因为,钙钛矿自身的特质在“同行衬托”下更具亮眼优势。

目前我国光伏电池主要分三个种类。

一是最为人所知的晶体硅路线,包括单晶硅和多晶硅电池。光电转化效率较高的单晶硅逐渐替代多晶硅成为大势所趋。

单晶硅路线也已经跑出了像隆基股份和中环股份这样正当红的行业龙头。单晶硅的市场份额扩张迅猛,根据中国光伏行业协会数据,2020年单晶硅占市场份额为90.2%,而三年前其占比仅有27%。

据2020中国可再生能源学术大会公开资料,目前有汉能薄膜HJT创下25.1% 最高效率,随后是晶科能源的N 型单晶硅 TOPCon 双面电池突破的 24.87%。

二是铜锌锡硫薄膜电池 (CZTSSe)――南京邮电大学辛颢教授课题组刷新的最新效率纪录是 11.56%,为目前国内最高。

路线三就是钙钛矿(Perovskite)电池。钙钛矿太阳能电池中含有钙钛矿结构的化合物,最常见的是基于有机-无机铅或卤化锡的混合材料,作为集光活性层。

余操博士告诉虎嗅,截至目前,钙钛矿在效率、成本、稳定性上都达到了预期中较好的结果,因此无论学术上还是商业上,近期对钙钛矿的前景都十分看好,包括他在内不少人都把钙钛矿技术视作光伏行业甚至能源行业的潜在“颠覆者”。

首先来看性能。

光伏材料分直接带隙和�g接带隙。余操博士指出,直接带隙在理论效率上本身就比间接带隙要高,所以相比晶硅,钙钛矿是更理想的光伏材料,吸光能力强、热效应好,温度系数低。

从2009年以来,混合钙钛矿就作为明星化合物在太阳能电池领域异军突起。

2012年,牛津大学和瑞士洛桑联邦理工学院的学者把效率提高到了10%,短短两年后又把这个数值拉升到17%。钙钛矿光电转化效率在近十年内就实现了从3.8%到25.7%的飞跃式增长,晶硅太阳能电池的研究则需要走过四五十年才能达到这个水平。

另外,钙钛矿组件的效率也已经逐渐能比肩主流的晶硅太阳能电池。商业化钙钛矿组件的初创公司纤纳光电创造的钙钛矿小组件的世界效率记录为21.4%,已经触及到了当前传统单晶硅组件的效率水平。

根据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)2019年公开的分析,晶硅的理论极限效率是29.43%,目前只有TOPCon电池(28.2%-28.7%)最为接近。也就是说,晶硅的发展正在逼近其效率天花板,这就不难理解为什么主流光伏厂商迫切需要抓紧新材料来破局。

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二是最关键的一点:成本够低。

严重内卷的价格战是行业常态。能源市场对价格敏感性高,产品竞争力的唯一的指标就是看度电成本,因此光伏组件竞争的核心就是单瓦成本。

上网价格固定的情况下,发电站需要尽可能压缩度电成本来换取超额收益,只能通过一方面降低材料成本,一方面提高光电转换效率,晶硅光伏走到今天是从产业端和供应链上一分分抠出来的,而钙钛矿因为其材料成本过于低廉可能一下子就能把单瓦成本砍半,具有巨大的吸引力

山东航禹能源有限公司执行董事丁文磊向虎嗅透露,业内对钙钛矿技术很看好,因为其技术走通后能降低成本达到30%以上。

由于原材料丰富、价格低,不受稀有元素储量限制、厚度薄(>

除了效率和成本以外,晶体材料的短板――在光、热、湿度条件变化下的稳定性,则已经在近年来的研究中持续提高。

例如,2019年底纤纳光电获得全球第一张钙钛矿组件稳定性的第三方认证,今年2月又获得IEC61215多倍加严认证,其中紫外耐老化测试的总量为100 kWh,等同于IEC61215标准的6.5倍;双85湿热耐老化测试3000h,等同于IEC61215标准的3倍。

协鑫纳米CEO范斌在十月份的一场光伏产业沙龙中称,他们在去年的自己的试验中也发现,封装条件良好的组件在湿度85%、温度85℃的测试条件下能做到2000小时无衰减。

诸如此类的进展意味着,钙钛矿一直被诟病甚至被很多专家笃定无法解决的可靠性的科学问题,用数据已经证明可以被解决。这也让资本和学界对此越发踊跃,以至于有行业研究人员用“顶刊收割机”来形容钙钛矿领域研究的受重视程度。

尽管各方面优势明显,钙钛矿电池迈向市场仍要面对技术难度大的现实。

余操博士指出,在户外实际应用中的性能表现很重要,未来要看大规模量产的钙钛矿组件在室外会不会碎裂、进水气、衰减,组件的一致性是否能经受时间和各种环境,这些都需要大量的时间和实验去积累。

改写光伏地图

基于光伏行业的自身逻辑和发展周期,三到五年一循环:技术迭代引领成本和效率优化,新技术新企业替换掉老旧血液,你方唱罢我登场。

因此,像隆基这样曾经以单晶硅路线逆转多晶硅格局的“颠覆者”,也自知不算新潮。

今年五月,21世纪经济报道注意到,隆基股份(601012)公布了钙钛矿电池和叠层光伏器件的两项专利。9月份,隆基在投资者互动平台表示公司继续“密切关注钙钛矿等新型电池技术”。

同样跟上脚步,抓紧钙钛矿研究立项、合作或资金布局的光伏老玩家还包括东方日升(300188)、拓日新能(002218)、迈为股份(300751)、天合光能(688599)、京山轻机(000821)等。

而早在2017年,“多晶之王”协鑫集团就收购了由瑞士洛桑联邦理工学院博士范斌及两位清华校友创办的钙钛矿公司厦门惟华光能,也就是如今的协鑫纳米。

据光伏们报道,宁德时代也曾在去年9月传出充实钙钛矿研究团队的消息。如今,宁德时代已经位列协鑫纳米的股东之一。如开头所提及的三家钙钛矿公司――纤纳光电、曜能科技和极电光能,都在今年获得了包括央企在内的一众头部机构的支持。

细微差异在于,曜能科技做的是钙钛矿-晶硅叠层,而非单结钙钛矿技术,可以粗浅理解为把钙钛矿和晶硅叠在一起,让它们各施所长,吸收不同特定波段的光谱,以达到整体上提升转换效率的效果。这对投资者而言无疑是有吸引力的,或许还有希望应用于旧电站的升级改造。

纤纳光电和三峡科研院联合开发的钙钛矿-晶硅四端子叠层组件在约20cm 的组件上达到了26.63%的效率,其中16.86%的发电效率要归功于钙钛矿。

虽然叠层和单层的技术没有太本质的差异,都是吸收光、转换光,但在余操博士看来,单结更有优势,“就好像两个人过日子得多方面磨合,有时可能还不如一个人过更自由舒服,串联两种吸光材料的叠层技术在难度和成本上都相对更高。”

光电转换效率高、稳定性好是钙钛矿技术的产业化前提,能有效降低成本、实现良好的经济效益则是推动钙钛矿技术大规模市场化应用的支撑和亮点。

几家较早起步研发钙钛矿电池的公司,杭州纤纳光电、无锡极电光能、苏州协鑫纳米都一度计划在明年初实现量产。

不过,余操博士指出,目前对“量产”的界定不甚明确,一种看法是在30*40cm,即大概千平方厘米的级别上有稳定的产品输出。不过为了满足大型电站所需要的尺寸,“量产”一般指的是在组件面积扩大到平米级别的组件上较稳定的出货,同时要保证高效率、良好的稳定性和优于晶硅的综合成本。

不同于已经发展20多年的晶硅,商业上的每一个进步对于蹒跚学步的钙钛矿技术来讲是不小的挑战。

至于能在几年内量产、把钙钛矿电池产品推广到市场中一个比较主流的位置上,各种预测众说纷纭。参照晶硅太阳能电池从试点到普及的过程,对钙钛矿量产时间的预测基本落在接下来的五到十年内。余操博士则预测未来一两年内可能会有一个初步示范效果,从产业发展的角度上讲,要让大部分电站投资者接受新技术3到5年是一个比较合理的区间。

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      2022-01-27 17:08:02 

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