钙钛矿加速入市:量产在即,“搅局者”如何从技术跨越到产品

2024-07-01 10:30:44 来源:今日热点网

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在光伏市场的深度洗牌中,搅局者钙钛矿登上舞台中央的时刻,越来越近了。

“落后产能的出清会推动市场价格回归健康区间,减轻钙钛矿市场推广的竞争压力。”近日,极电光能联合创始人、总裁于振瑞对第一财经记者表示,光伏行业“产能扩张-内卷-出清”的节奏相比十年前大幅加快,未来几年会处于一个技术上的活跃期,钙钛矿要想成为光伏主流技术,就必须保持快速、持续的技术创新和敏锐的市场嗅觉,利用这一轮机遇快速切入市场。

随着效率、稳定性的不断提升,以及今年三季度全球首条GW级产线投产,进入量产时代的钙钛矿,商业化时间窗口已经打开。

但要实现商业化,钙钛矿当前必须完成从技术到产品的关键一跃。这其中,既需要钙钛矿组件性能不断提升,成本不断下降,也需要产业链上原材料和设备开发等的密切配合。

2.8m²组件效率明年20%

目前,以晶硅为主流的光伏电池在效率和成本上均接近极限,而钙钛矿这一光伏材料底层的颠覆式创新,则被视作光伏行业新的增长曲线。

简单来说,钙钛矿的效率天花板更高,单结电池理论极限效率达33%,叠层电池达45%。由于无需贵重材料,材料用量少,纯度要求低,国内供应链完善,钙钛矿组件成本可以降低50%。此外,其产业链投资低,碳足迹低,全生命周期能耗只有晶硅产品的1/4。

在一年一度的光伏行业盛会——第十七届(2024)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会(2024 SNEC光伏展)上,协鑫集团董事长朱共山表示,钙钛矿将以巨大的后发优势“顶点起跳”,拉动光伏产业走出“囚徒困境”。他表示,未来十年,钙钛矿都将处于黄金时代。

2023年以来,钙钛矿以超预期的速度实现着技术突破。6月13日,“太阳能之父”马丁·格林来到极电光能在2024 SNEC光伏展的展台。他主导编制的《马丁·格林太阳电池效率纪录表》,被认为是目前全球光伏行业最权威的两个电池效率排名表之一。“他是一个人过来的,想了解钙钛矿产品的技术参数、稳定性,以及产业化情况。”于振瑞说,中国在钙钛矿产业化的推进速度与成就,让马丁·格林教授非常感兴趣。

作为超预期的又一证明,于振瑞告诉第一财经记者,去年11月,经全球权威检测机构TÜV南德测试,极电光能0.72m²钙钛矿组件全面积效率达到18.2%,这是当时商用尺寸钙钛矿组件效率的行业最高纪录。近期,其0.72m²钙钛矿组件最高内部测试效率已达19%,今年将提升到20%以上。

在单结电池快速突破的同时,叠层电池的战报也频频传来。

近期,隆基宣布其研制的晶硅-钙钛矿叠层太阳电池取得了重大突破,据欧洲太阳能测试机构的权威认证,该电池的光电转换效率高达34.6%、M6尺寸的叠层电池效率30.1%;而欧洲牛津光伏宣布由60片钙钛矿/晶硅叠层电池制成的面积约1.6m²的组件效率达到26.9%,再次展示了钙钛矿在与晶硅结合方面的技术潜力。

于振瑞认为,2025年将会是钙钛矿组件大规模商业化应用的起点。一旦商业化,就意味着要把好的技术转化为好的产品,并在效率、成本、寿命三大要素上,取得相较于晶硅产品的竞争力。

“当前关键的是,如何在大面积制备情况下提高钙钛矿组件的效率和稳定性,做到寿命达到25年、效率达到20%以上。”于振瑞说,同时还有许多细节问题要考虑,比如产品尺寸、重量、机械强度、安全性能、运维属性、安装方式等等。

目前,极电光能、协鑫光电、纤纳光电等正在建设GW级产线。其中,位于无锡的极电光能年产1GW钙钛矿太阳能光伏组件项目,是全球第一条启动建设的量产线,目前洁净施工即将完成,设备正在等待进场,项目的正式投产时间也将是全行业最早的,计划在今年三季度实现首片下线。

从百兆瓦中试线,到GW级量产线,钙钛矿组件尺寸将从0.72m²放大四倍至2.8m²,与目前晶硅组件的主流尺寸保持一致。

但是,由于钙钛矿薄膜大面积制备会面临膜层不均匀性、电阻率升高等问题,转化效率会大幅下降。因此,必须针对各膜层材料的配方、制造技术、制备工艺等进行系统性的设计与调试,才能确保大面积制备下的组件效率。

2021年, 极电光能便率先推出“极创+”整体解决方案,包含“原位固膜”制备技术、界面钝化与缺陷控制技术、稳定的材料与产品结构设计体系三大技术创新。其中,“原位固膜”规避了常规一步溶液法的工艺缺陷,可实现高质量钙钛矿薄膜的面积连续放大;钝化剂和原位缓冲层技术,有效地抑制了钙钛矿内部和界面缺陷的形成,改善能带匹配,提高钙钛矿电池效率和稳定性;无甲胺钙钛矿材料体系,确保长期户外光热稳定,模拟计算出最佳配比,并添加了独创的稳相剂和钝化组分,从材料角度保证了钙钛矿组件的稳定性、高效率以及大面积制备的可实现性。

围绕即将到来的大规模生产,极电光能已经在产品设计、工艺技术、人员配置上都做了充足的准备。基于此,极电光能在组件效率上的时间线是:今年年底,2.8m²组件效率达到18%以上,明年提升到20%。

18%是一个值得关注的数字,这是钙钛矿与晶硅竞争的门槛。

原因是,钙钛矿组件温度系数低、弱光发电能力强,所以在高温和弱光环境下的实际发电量比相同标称功率的晶硅组件更高,全年预计额外发电10%。正是这10%的发电量增益,能够大幅降低钙钛矿的效率竞争门槛。

“在相同组件价格和寿命前提下,钙钛矿效率比晶硅低4个百分点,就能产生与晶硅组件相同的度电成本和内部收益率。高温和阴天多的地区,钙钛矿发电优势更大,效率只需要18-19%就能达到与晶硅组件同等的经济性。”于振瑞说。

在稳定性方面,目前,极电光能已搭建了涵盖基于IEC标准、ISOS标准、户外实证等“三一体”的长期稳定性测试验证体系。2023年11月8日,极电光能0.72m²商用钙钛矿组件通过了IEC 61215、IEC 61730标准认证,成为首家获得TÜV认证证书的钙钛矿光伏组件企业。

学术界认为,ISOS(International Summit on Organic PV Stability)是表征钙钛矿稳定性的可靠方法。因此,极电光能也按照ISOS的要求对自己的产品开展了相关测试。其0.72 m²的钙钛矿组件在1Sun/60°C条件下连续运行2300多小时,效率未见衰减,表明按照ISOS的维度衡量,其产品也有很好的稳定性。

户外实证是对光伏产品进行稳定性与可靠性检验的最直接手段。2023年3月,极电光能建立了由30cm*30cm钙钛矿小试组件组建的户外测试电站,至今已运行15个月,组件功率没有衰退。2023年9月,建成了由0.72 m²钙钛矿中试组件组成的户外电站,运行近9个月以来,整体表现超越预期,组件效率衰减小于1%。近日,极电光能与国家光伏质检中心展开第三方合作,成为首个商用组件入驻CPVT户外电站的钙钛矿品牌,目前组件已经安装完毕。

“到明年,这几个户外电站最长有两年多的运行时间,可以向外界展示更长的户外稳定运行数据。同时我们也希望完成二倍至三倍的IEC加严测试,以及光热联合、反向偏置、紫外老化测试,全方位对组件的效率、稳定性进行认证,消除行业内对钙钛矿组件稳定性的担忧。”于振瑞说,极电光能还将不断开发包括墨水配方优化、各功能膜层制造工艺优化、界面钝化技术优化等,并把这些新技术导入产线,实现组件效率和稳定性的提升。

快速降本至0.8/W

随着GW级产线投产,钙钛矿组件量产交付,与晶硅组件的价格比较就成为必然。于振瑞预计,到2025年底极电光能GW产线满产的情况下,钙钛矿组件成本会低于0.8元/W。

不过,在光伏内卷之下,目前晶硅组件价格已经下行至0.8元/W左右,这给钙钛矿电池的性价比逻辑兑现带来了挑战。

TrendForce集邦咨询新能源研究中心6月12日数据显示,当周182单面单晶PERC组件主流成交价为0.80元/W,210单面单晶PERC组件主流成交价为0.82元/W,182双面双玻单晶PERC组件成交价为0.82元/W,210双面双玻单晶PERC组件主流成交价为0.84元/W,182双面双玻TOPCon组件主流成交价为0.86元/W,210双面双玻HJT组件主流成交价为1.00元/W。

“晶硅目前的价格不可能长久,经过出清和整合后,应该会恢复到合理的价格,也就是1~1.1元/W,那么钙钛矿就有了生存和发展条件。”于振瑞说。

到2027年,于振瑞认为,钙钛矿总产能可能达到几十GW,交付能力增强;组件效率达到23%左右,接近晶硅组件效率;钙钛矿具备25年寿命进一步得到验证。届时,钙钛矿的市场占有率有望达到10%左右,同时,成本下降到0.6元/W以内。

但这一降本的逻辑,是基于钙钛矿组件性能和成本提升,以及产业链上下游同步成熟,能够快速形成交付能力和一定的产业规模,带动成本持续下降。

而目前,钙钛矿的技术路线还未完全定下来,因工艺路线的不同导致各家对于设备的需求不同,对原材料的要求也千差万别,如此很难推动钙钛矿的真正产业化。

以设备为例,这是新技术、新工艺导入量产的基础,在产业化初期的作用尤为重要。方正证券研报称,钙钛矿电池组件制备需应用镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备,价值量占比分别约 50%、20%、20%、10%。激光设备与封装设备暂无路线分歧,镀膜设备尚未统一,分为PVD、RD、ALD、蒸镀等。

于振瑞指出,“晶硅过去20多年的产业化经验说明,一个技术路线要做起来,必须有规模。有了规模,产业链才能成熟,这条技术路线才能水涨船高、参与者受益。”

因此,钙钛矿要想实现快速产业化,就需要有一批企业快速推进到产业化阶段。只有这样才能形成规模优势,配套的产业链才能尽早成熟,大幅降本才能实现。

眼下,通过组件制造端协同产业链上下游,实现技术、工艺和设备的相对统一,就显得极为迫切。

今年早些时候,极电光能提出推动整线交付业务,切入钙钛矿整线设备市场。于振瑞说,希望借此推动一批钙钛矿企业在较短时间内达到中试水平,这样可以增大对原材料、设备的需求,促进产业链上下游的快速发展;同时,增大钙钛矿产业化的声量,使客户关注这一新技术和新产品。

“整线交付的核心是有足够成熟的钙钛矿工艺路线作为支撑,成熟稳定的工艺路线和其背后的技术积累才是钙钛矿整线业务的灵魂。”于振瑞说。

一旦形成专业成熟的整线交付,按照晶硅的情况,每三年光伏设备价格降一倍,这也就意味着,未来每GW钙钛矿产线的价格能达到3亿元左右。

“因为材料、设备成本大幅降低,2030年钙钛矿电池成本可以下降到0.5元/W。”于振瑞说。

2030年与晶硅平分秋色

钙钛矿成功商业化的一个重要标志,是产品获得认可,进入主流市场。

作为钙钛矿产业化的头部企业,从去年开始,极电光能基于150MW中试线,已经在河北、安徽、江苏、广东等全国多地落地了钙钛矿示范性项目,包括工商屋顶分布式项目、各类BIPV项目、光储充一体化项目等。已经和正在交付的订单有5MW之多。

在光伏的主流市场,也就是分布式电站和集中式电站项目上,极电光能在积极推动与国电投、华电、国网等众多央国企的合作,一些央企已经有兆瓦级产品导入的需求。

随着GW级产线投产,交付能力大幅提高,极电光能也在同步推进市场订单的准备,明年将寻求单体超过10兆瓦的光伏电站的建设项目,大股东长城控股也已为其预留了50兆瓦的工业屋顶,目前正在筛选合作伙伴共同建设。

“光伏行业的每一项新技术的推广都需要光伏上下游共同参与进来。”于振瑞表示,这些企业首先是看好钙钛矿的产业化和未来的市场前景,所以有意愿参与到前期的实证电站、示范电站的建设上。未来极电光能将持续布局光伏建筑一体化(BIPV)、分布式电站以及集中式电站市场,并寻求更大规模项目。

除了国内市场,今年5月,极电光能钙钛矿组件首次发往日本,中国钙钛矿组件首次出海;6月份,国电投地面MW级电站项目也成功发货。在2024 SNEC光伏展上,极电光能又收到了日本客商追加订单的需求。

于振瑞表示,光伏是一个面向全球需求的行业,钙钛矿优异的高温发电性能和弱光发电性能,使得它在国际上不同气候区能够发挥出更大优势。比如,在中东地区炎热的气候下,钙钛矿电池会发挥特殊优势。也因此,虽然目前立足技术创新与突破,以国内市场为重点,但适当时候将稳步推动产品出海。

随着商业化的推进,于振瑞预计,到2030年,包括单结和叠层在内,钙钛矿的市场占有率可能达到50%,与晶硅平分秋色。

“光伏市场巨大,可以支撑多巨头格局。但谁能进入第一梯队,取决于技术路线选择与产业化的推进效率。”于振瑞说。


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责任编辑:ERM523

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