光伏钙钛矿赌局

投中网

投中网官方账号 2023.12.2216:57

关注

对于钙钛矿这场马拉松的竞跑者，只有持续、高强度的投入，才能维持住相对的技术优势。

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

而11月23日，协鑫光电刚产出“全球第一块真正意义上的钙钛矿叠层组件”——在279mm×370mm面积的同类型组件效率达到26.17%。不到一个月，钙钛矿叠层组件面积扩大一倍，效率再破世界纪录。这中间，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组件发射到太空，真的“上了天”。

接连取得重大进展，被市场热捧“上天”的钙钛矿，无疑向产业化又进了一步。前景星辰大海？钙钛矿是一种常见的晶体结构材料，因为分子结构式ABX3与矿物质钛酸钙CaTiO3相似而得名。从产品路线来看，钙钛矿电池可分为单结电池和叠层电池。单结钙钛矿电池指只有一个PN结的钙钛矿太阳能电池，叠层电池包括全钙钛矿叠层，或者钙钛矿与晶硅叠层。从技术路线来看，目前钙钛矿-晶硅叠层电池最为接近产业化，其中与异质结叠层匹配度最好、效率最高。不过，光伏界的普遍共识是，全钙钛矿叠层电池才是钙钛矿的终极方案。全钙钛矿叠层电池是以宽带隙钙钛矿电池为顶电池、窄带隙钙钛矿电池为底电池，两层都可调节带隙，最大范围地对太阳光谱高效利用。全钙钛矿叠层电池最高理论效率可达43%以上，远超市面上其他技术路线。

这就引出钙钛矿区别于晶硅等其他技术路线的优势之一——光电转换效率上的限高。市场份额超95%的晶硅电池，已越来越接近29.4%的理论效率天花板。而单结钙钛矿电池理论效率33%，且通过调整ABX3中个各元素的配比，与其他材料进行双节、三节叠层，得到所需要的理想带隙，进而分别达到35%和45%的理论转换效率，远远超过晶硅电池极限。

由于转换效率优势，许多光伏组件龙头都在发力钙钛矿叠层发展路线，比如隆基绿能（601012.SH）、天合光能（688599.SH）等研发钙钛矿/晶硅叠层太阳电池，晶科能源（688223.SH/JKS.N）专注布局钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池，宝馨科技（002514.SZ）则聚焦于钙钛矿/异质结叠层电池技术研发及产业转化。除了拥有更高的转换效率理论极限，钙钛矿电池成长速度遥遥领先，发展前景一片星辰大海。2009年，首块钙钛矿光伏电池横空出世，其效率仅为3.8%。到了2019年，仅用10年时间，钙钛矿电池的实验室效率就提升至25.8%。相比之下，主流晶硅电池用了近40年才完成同等级跨越。在转换效率的提升上，钙钛矿“婴儿学步”的速度远远高于晶硅电池。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咋舌。11月3日，光伏“一哥”隆基绿能宣布钙钛矿/晶硅叠层电池经NREL认证效率达33.9%，刷新世界纪录。

20天之后，协鑫光电在279mm×370mm面积基础的钙钛矿叠层组件效率达到26.17%，号称是全球第一块真正意义上的钙钛矿叠层组件。12月14日再度取得前文提及的突破。

另一钙钛矿企业极电光能也在11月27日宣布，经权威检测其1.2m×0.6m商用尺寸钙钛矿组件全面积效率达到18.2%，对应的最大功率131.07瓦，孔径（AP）面积效率高达19.55%。除了转换效率，钙钛矿另一大竞争力在于极具成本优势。晶硅路线效率逼近理论极限，技术迭代能够带来的增效空间渐渐枯竭，就只剩下“降本”唯一的一条路可走。受益于近期不断走低的硅片价格，晶硅组件成本也在持续下降。

可一旦钙钛矿实现了规模化量产，这种程度的成本降幅就显得小巫见大巫。钙钛矿的成本优势主要体现在两方面，材料成本和制造成本。从材料成本来看，钙钛矿是人工合成材料，目前主流元素是碳、氢、氮、铅和碘，不含有任何稀缺材料且储量丰富，规模化制造不受原材料限制，因此成本极低。同时钙钛矿厚度很薄，约0.3微米，相对于180微米的晶硅电池厚度，材料用量也大幅减少。从生产制造端来看，太阳能级硅料至少需要99.9999%纯度，晶硅电池在转换效率上一分一毫的提升，都将进一步提高对硅纯度的苛刻要求，极大地抬高了设备成本和制造成本。相比之下，钙钛矿材料只需要95%的纯度即可。同时，钙钛矿不需要像硅一样反复以数千度的高温提纯，通常在不超过150度的低温环境中制备，两者生产能耗相差巨大。综合比较下，钙钛矿光伏电池组件单瓦能耗仅为晶硅组件的1/10。

除了高转化效率和低发电成本的这两项核心优势，钙钛矿还拥有更好的弱光性能，且外观、形态可调，这也就意味着更多的应用场景。然而，在钙钛矿尚未迈出商业化步伐之前，以上优势在短时间内都难实现。即便如此，钙钛矿仍然成为今年光伏行业投资的“香饽饽”主题，驱使大批玩家“跑步入场”。新玩家“跑步进场”钙钛矿虽然听起来很“高端”，但产线投资成本相对晶硅等其他技术路线却更为低廉，这恰恰吸引众多公司特别是新玩家纷纷涌入的一个重要因素。传统的晶硅组件分为硅料、硅片、电池片、组件四个生产环节，需要四个不同的工厂进行专门生产。即使所有环节无缝对接，整体也要耗时三天以上才能完成。1GW产能合计所需投资金额接近10亿元。相比之下，钙钛矿电池的生产流程简单，仅需要在一个工厂内铺设一条300百米长的全自动生产线，在45分钟内就能实现电池组件的完整生产流程，产业链条显著缩短。1GW产能所需投资额仅为晶硅的一半。

在光伏组件价格走低逼近成本线的现状下，光伏组件商们密切关注更有前景的技术路线，以图站在下一代技术迭代的前沿，即使目前钙钛矿商业化尚处于“0-1”早期阶段。

大体看，钙钛矿军备竞赛已经演变成阵营之间的“三国杀”。第一阵营，是在次世代的光伏技术路线竞争中担忧失势的晶硅电池龙头，代表企业为协鑫光电、隆基绿能、天合光能、通威股份（600438.SH）等。

晶硅电池企业在钙钛矿的拓展方向，主要以钙钛矿/晶硅两端叠层为主。晶硅电池企业本身掌握成熟的晶硅技术，叠层电池则有望使其利用原有产线和技术积累，延续降本增效产业优势。因此，大部分晶硅电池龙头企业都难以放弃对钙钛矿的布局，毕竟若任一家厂商率先突破钙钛矿产业化难题，对同行的降维打击有可能是毁灭级的。第二阵营是试图打破现有光伏格局、以单点突破的新势力，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以单结钙钛矿起步。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。还有一部分创业公司则选择钙钛矿叠晶硅和钙钛矿叠钙钛矿。曜能科技称，目前团队自主研发的小面积钙钛矿/晶硅两电极叠层电池器件效率已超过32%，大面积稳态效率已达到30.44%，从数据上看，是目前全球有数据公布的大面积叠层电池最高效率。第三阵营是光伏圈外的跨界玩家群体。比如显示面板龙头京东方（000725.SZ）近日宣告正式进军光伏钙钛矿领域。钙钛矿的热风，也刮到了隔壁的新能源汽车市场。比亚迪（002594.SZ/1211.HK）在11月17日机构调研时表示，公司拥有专业的钙钛矿太阳能技术研发团队，并成立有光伏技术研究院，将不断加大相关研发投入。长城汽车（601633.SH/2333.HK）去年与江苏省锡山经济技术开发区签署战略协议，投资30亿元规划建设全球首条GW级钙钛矿光伏组件及BIPV产品生产线，该项目今年4月已开工。新能源车企跨界进军钙钛矿有协同性在。由于钙钛矿材料很薄且具有高柔性的优点，未来有很大潜力能应用于汽车玻璃顶以增加行驶里程。取代晶硅，为时过早无论钙钛矿多么风光无两，但处于产业化初期亦是现实。钙钛矿面临的技术瓶颈，需要多轮技术迭代、延续和传承，以及不断地试错修正，靠“短期催熟”不可能毕其功于一役。需要突破的两大关键技术，一是稳定性，二是大面积制备。稳定性是第一大致命瓶颈，尚无圆满解决方案。目前钙钛矿电池持续光照时间最长约10000小时，若按平均日照时长4小时计算，理论寿命仅6.8年，远低于晶硅电池25-30年的理论寿命。

晶硅“坚如磐石”的分子结构，加工难度高，耗能也高，但稳定性和耐用性也极高。而钙钛矿是一种软离子晶体，其结构在高湿度下易分解；生成温度较低，逆分解所需能量也较低，存在不耐高温、不耐光照等缺陷，造成组件效率降低甚至失效，其稳定性远不如金刚石结构的晶硅。换句话说，不耐光、不耐热、还怕水的钙钛矿，现阶段还难以适应光伏组件热、晒、湿的常态环境。现阶段，钙钛矿太阳能电池在连续工作两千小时后，便会出现5%左右的功率衰减。而根据工信部下发的《光伏制造行业规范条件》要求，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%，以后每年不超过0.7%。因此，按照晶硅电池的标准来看，钙钛矿电池的寿命还远远达不到大规模商用的要求。另一大技术难题，来自大面积制备。膜层制作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，大多借助旋涂仪使用旋涂法制备小面积钙钛矿电池，但若放在大面积工业化生产上，高转速的旋涂仪难以进行连续、大面积的沉积，无法规模化落地。此外，电池面积扩大会降低电池效率，而钙钛矿结晶时间短，工艺窗口小。当制作尺寸放大后，钙钛矿薄膜容易出现孔洞和厚度不均匀等现象，使得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，各厂商还在膜层制作新技术手段、优选材料及组分和封装工艺等方面寻找多方面探索，试图突破大面积制备难题。但均存在相应的局限性，标准化方案尚未确定。目前来看，晶硅电池短期内完全被钙钛矿取代仍是“镜花水月”。断定钙钛矿成为光伏组件终极路线，尚言之过早。长期“输血”，方见真章钙钛矿技术突破连续“刷屏”，给整个行业又打了一针强心剂。在代际竞争的大背景下，晶硅电池仍占绝对统治地位，薄膜电池难以接过大旗，挑战晶硅霸主地位的期待都落在钙钛矿的身上。晶硅电池之所以屹立不倒，靠的是成熟的工艺以及全生命周期的成本效益优势。而决定钙钛矿能否替代晶硅光伏或进行错位竞争，绝不仅仅是理论上的转换效率极限或单一的组件成本优势，而需放长远眼光，考虑钙钛矿的全生命周期各阶段的综合成本——这需要时间和经验的积累，并不是一蹴而就。即便面对如此大的发展桎梏，众多玩家仍迫不及待地纷纷下注，无疑是看好钙钛矿高成长的前景。现实情况是，钙钛矿暂时还是一门“赔钱的生意”——专注该领域的项目自身无法造血，只能依靠投资人的持续输血才能生存下去。钙钛矿距离商业化还有很长的路要走。专家预测，五年内钙钛矿组件才能实现量产。这意味着，钙钛矿投资并非一时，而是一个持续长线的代际竞争，需要几代“输血”才能拉开竞争力差距。持续烧钱的项目，令如今的投资者偏好理性甚至保守。某长期关注钙钛矿的投资人认为，年初钙钛矿项目的爆火，一方面是新能源热点余热未消，一方面则是当时资本无处可去，非理性追逐新技术新概念。现如今一级市场退出路径趋紧，早先钙钛矿项目动辄几亿甚至几十亿的估值融资，后续轮次很可能令投资机构望而却步。钙钛矿早期项目多以兆瓦级为主，光伏龙头企业现金流尚能覆盖，而缺乏自身造血能力的初创企业，须依靠持续融资才能生存下去。为解决近在眼前的钙钛矿材料稳定性和大面积制备难题，可预见的花费就有巨额材料研发投入以及设备支出。现阶段钙钛矿离真正的要算成本账、设备账的阶段还需要很长时间。已投入金额相比钙钛矿产业化需要的资金体量，可以说九牛一毛。考虑到钙钛矿技术迭代周期较长，投资人在短期内“烧出来”的技术优势，犹如昙花一现。对于钙钛矿这场马拉松的竞跑者，只有持续、高强度的投入，才能维持住相对的技术优势，稍有放松就会被弯道超车。一个类似的例子是“十年磨一剑”的京东方。京东方连续十多年对液晶显示技术锲而不舍地投入，靠股东、政府和银行持续输血，撑到第5代才实现液晶显示屏自主生产，直到第10代才成为全球液晶显示领域的领导者。如果在把钙钛矿看作光伏行业的“价值投资”，投资者不仅要做好长线“持股”的准备，还要承担长周期技术更迭带来的不确定性风险。终局远未明朗之前，下注各方应对可能到来的“舞场泡沫”保持警惕。