作者 | 王潇彤
2023年2月，一则“钙钛矿大神履历造假”的新闻同时引爆了金融圈和光伏圈。
彼时，光伏二级市场行情不佳，钙钛矿电池作为火热的下一代光伏技术，几次三番站上风口浪尖，相关股价一路飙涨，公司市值连翻数倍。
一年过去，奥联电子事件已经以750万元罚单尘埃落定，曾被各路资本、股民们寄予厚望的钙钛矿概念股也逐渐降温。
然而，对于奋斗在前线的光伏人来说，太阳底下无新事，围绕钙钛矿进行的一系列研究、开发及商业化探索从未停止。
2024年，随着数个GW级产线落地，中国光伏产业悄然迎来了“钙钛矿电池元年”。
应用于光伏电池的钙钛矿材料，实际上和钙、钛、矿三个字都没有太大关系，这是一类与钙钛矿（CaTiO3）晶体结构类似的“ABX3”化合物，通常由有机阳离子、金属及卤化物构成。
简单来说，钙钛矿技术的颠覆性主要体现在两方面：效率提升、工序缩短（成本降低）。
光伏产业的发展，核心就是通过提升转换效率来降低光伏发电的成本。在过去很长一段时间里，晶硅光伏电池都是成本和效率极佳的统一体。然而，随着其效率逐渐逼近29.43%的理论极限，且整个产业链面临价格大幅下降和普遍亏损的困境，探索新的“提效降本”技术路径已成为光伏技术持续进步的明确方向。
在4月13日的“聚力同心·新质碳索研讨会”上，仁烁光能董事长、南京大学教授谭海仁指出，单结电池技术已走到尽头，未来技术的发展，需要两层光伏材料用以吸收不同的太阳能光谱，多结叠层电池是效率突破30%的唯一途径。
2009年，日本科学家首次用钙钛矿太阳能电池发电时，转换效率仅为3.8%。15年后的今天，钙钛矿电池的实验室效率已达到26.41%，单结钙钛矿电池理论极限效率达33%，叠层有望突破45%。
毫不夸张地说，钙钛矿用了十年时间就走完了晶硅电池五十年的路。这种发展速度的背后，得益于钙钛矿材料远强于晶硅的吸光性能。
传统晶硅电池靠硅片吸收光，硅片吸光性能较弱，所需厚度一般在100μm以上，而在钙钛矿太阳能电池中，通常大约500nm厚的钙钛矿层材料即充分吸收入射光子，大大降低了电池的成本。
同时，钙钛矿吸光材料对缺陷相对不敏感，通常达到90%即可制造效率超过20%的电池，相比之下，晶硅电池对硅料纯度要求至少需达99.9999%。这也使得钙钛矿电池制备速度很快，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入到组件成型的全过程可控制在1小时以内，在单一工厂就能完成生产。
钙钛矿电池原材料均为基础化工材料，由人工合成，且不含有稀有元素，相比于晶硅电池的硅料来说廉价易得。其工艺温度不超过150℃，每瓦组件耗能仅约0.23kWh，明显优于晶硅超过1kWh的每瓦组件耗能。
既然如此，阻碍钙钛矿商业化进展的“痛点”还有哪些？
一直以来，稳定性是制约钙钛矿电池商业化的关键因素。根据目前的实验室数据分析，钙钛矿电池生命周期内持续光照时间最长约10000小时，如果按照平均日照时长4小时计算，理论寿命仅为6.8年。
“世界太阳能之父”马丁·格林教授曾表示，钙钛矿制造商需要证明电池板的使用寿命为25-30年，以达到IEC认定的行业标准。但也有许多专家对此提出质疑，表示IEC标准并不能准确判断钙钛矿的寿命，因为钙钛矿和晶硅电池的衰减机制不同，首先需要建立钙钛矿的老化测试标准。
随着技术研发不断深入，钙钛矿电池的效率和稳定性逐步突破，极限成本可降至0.4-0.5元/W，仅为晶硅的一半。业内普遍认为，当钙钛矿达到效率18％、寿命15年时LCOE即可基本打平晶硅，大规模量产将开始具备商业化条件。
2023年以来，已有不少钙钛矿企业陆续取得效率突破，多次刷新世界纪录。其中，协鑫光电钙钛矿单结组件转化效率达到18.04%（2m2），极电光能的商用尺寸钙钛矿组件全面积效率也达到了18.2%（7200cm2）。
此外，光伏电池技术需要通过量产来体现产业化的规模效应。100MW产线，是光伏电池技术0到1最重要的一步，这将为光伏组件的成本、效率、寿命等关键性指标提供有意义的参考数值，也是钙钛矿电池实现技术成熟度和商业化突破的关键。
自2022年初，全球首条钙钛矿百兆瓦级产线建成投产后，产业化进程明显加快，各大厂商争相投资建设100MW级产线，2024年，钙钛矿产业又将迎来数个GW级产线落地。在跨越量产这道主要壁垒后，钙钛矿光伏技术将打开实证应用的想象空间。
历经资本炒作的“浑水”后，钙钛矿电池产业已步入更为稳健的发展轨道。然而，我们必须正视一个事实，即钙钛矿目前仍处于产业化发展的初期阶段。一方面，其配方、设备及工艺仍在不断迭代与完善中；另一方面，产业化进程的加速亟需在不同应用场景中的实证落地与数据闭环。这既是对技术的挑战，也是对市场接受度的考验。
正如谭海仁教授所说，“这是一个真正的‘无人区’，我们几乎没有任何成熟经验可以借鉴，所有的模式都得自己摸索。”
目前，钙钛矿要寻找市场，必然要追求差异化。钙钛矿电池凭借弱光性以及颜色可定制的特点，满足了长时间发电、透光度以及美观性等市场需求，可以充分与薄膜电池竞争，在BIPV和幕墙、阳光房等领域拥有广阔的市场空间。
随着叠层电池技术的日益成熟，转换效率大幅提升，钙钛矿就具备了与现有晶硅电池技术正面竞争的实力，不仅可以应用于大规模电站和工商业屋顶的分布式光伏，还有望在新能源汽车和日常消费电子领域发挥更大的作用，展现出更多元的应用前景。
在全球能源转型的紧迫需求下，中国光伏行业积极发展新质生产力已成为必然趋势，钙钛矿产业化的进展也离不开政策的有力支撑。《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022-2030 年）》中，将“研究高效薄膜电池、叠层电池等基于新材料和新结构的光伏电池新技术”列入低碳前沿技术攻关；《“十四五”能源领域科技创新规划》中，将“晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究”列入重点任务。
四十年前，当第一块光伏板被伫立在中华大地上时，没有人能想到，在不久的将来，光伏将打败统治人类能源上百年的煤电，成为主要的发电方式。
浩浩汤汤的历史长河中，我们终将改变潮水的方向。
