自晶硅电池组件的最高转换效率被测算出理论极限后,整个光伏界的目光便开始投向更具潜力的新材料——钙钛矿。一时间,云集了硅料巨头、组件大厂、锂电池企业乃至新能源汽车厂商的钙钛矿领域,俨然成为一个“人人都在布局、却人人慎言量产”的竞技场。实验室里捷报频传,试点项目屡传突破,可一触及“何时量产”这一核心问题,行业却默契地陷入“明年复明年”的沉默。
直到2025年5月,顶级期刊《科学》杂志发表了一篇关于钙钛矿的研究成果,论文的第一作者及通讯作者,正是杭州纤纳光电的首席技术官颜步一。
据《人民日报》报道,该团队创新性地提出了“三维层流风场技术”。这项技术犹如在涂布钙钛矿溶液的玻璃基板上方,安装了一套结构精密的“超级抽油烟机”,成功攻克了钙钛矿薄膜在大面积制备中结晶均匀性的世界性难题,从而实现了平米级钙钛矿组件的稳定、批量生产。这被普遍视为钙钛矿技术从实验室走向规模化应用的关键一跃。
基于此项技术建设的百兆瓦级钙钛矿量产线W。在此基础上升级建设的500千瓦级钙钛矿商业电站,其单位装机容量的等效满发时长较传统晶硅组件高出29%,在高温季节的发电量更是超出31.9%。
政策风向标早已明确。2019年6月,科技部发布的专项申报指南中,已率先明确提出开展稳定大面积钙钛矿电池的研发。信号清晰,赛道开启。
2022年2月,全球首个钙钛矿地面光伏电站在浙江衢州动工,装机容量12MW,总投资6000万元。当时,纤纳新能源董事长姚冀众在致辞中透露,企业已建成全球首个钙钛矿生产基地和首条100MW规模化产线。他预言,此项目将成为“全球光伏行业的里程碑”。
2022年7月,纤纳光电全球首款钙钛矿商用组件α成功出货5000片,宣告钙钛矿电池正式步入商业化阶段。
2023年,全球首个钙钛矿工商业屋顶电站、首个钙钛矿渔光互补电站相继并网。
2023年11月,配套于内蒙古库布其沙漠大型光伏治沙项目的1MW钙钛矿电站成功并网,成为全球首个商业化运行的兆瓦级钙钛矿地面光伏项目。
2024年10月,纤纳再度完成青海大学1MW高原钙钛矿分布式项目出货,叩开了高原应用场景的大门。
企查查股权穿透显示,纤纳光电背后站着浙江衢州、北京等地的国有资本,国资身影清晰可见。2024年6月,衢州纤纳新能源科技有限公司计划投资约1.77亿元、建设年产1GW钙钛矿光伏组件项目的环评公示,更凸显了地方政府培育这一新兴产业的决心。
问题是,衢州能否借此机遇,捧出一个光伏界的“衢州时代”?钙钛矿当前的技术壁垒,又是否足以支撑一家企业成长为行业龙头?
复杂性正源于此。钙钛矿电池的制备涉及多种功能薄膜,且大面积制备薄膜存在多条技术路径,各有优劣,大规模量产工艺仍在探索。在技术路线尚未收敛之前,企业们的选择无异于一场豪赌:赌对了,可能是下一个隆基;赌错了,或将重蹈汉能的覆辙。
“思路不清晰,加点石墨烯;投稿不顺畅,加点钙钛矿。”这句在材料学界流传的戏言,折射出钙钛矿曾经的火热与尴尬。
自2009年日本科学家制备出首个具光电转换效能的钙钛矿电池以来,该技术仅用四年便入选《科学》杂志“年度十大突破”,被誉为最具潜力的下一代光伏技术。2023年诺贝尔化学奖授予量子点研究,再次将与之密切相关的钙钛矿推至舆论巅峰。
据专家解释,钙钛矿在光伏语境下并非天然矿物,而是一种具有ABX₃晶体结构的人工设计材料。其最大优势在于制备原理简单、成本低廉:将两种盐溶液混合,通过涂布、结晶等工序即可制成,全程可在单一工厂内完成,流程最短仅需45分钟。相比之下,晶硅电池需经历提纯、拉晶、切片、组装等多道跨厂工序,耗时长达三天。
成本优势显著。有测算显示,钙钛矿组件在GW级产线元/W。更让行业振奋的是其对效率极限的突破:传统晶硅电池理论效率天花板为29.4%,而晶硅-钙钛矿叠层电池的实验室效率已达34.6%,理论极限更是高达43%。
然而,“不可能三角”如影随形。钙钛矿面临两大致命挑战:放大后的效率损失与稳定性难题。
从实验室的平方厘米级到产业化的平方米级,钙钛矿成膜易出现缺陷,导致导电性能下降。这背后是国产镀膜设备在均匀性、结晶质量控制方面与国际先进水平的差距。同时,钙钛矿的离子键结构使其在湿热、光照等环境下更易分解,且目前高性能电池必需的添加剂在高温下不稳定,严重影响其寿命。业内人士坦言,部分组件寿命恐不及晶硅的1/20。
此外,含铅钙钛矿的潜在环境风险也是商业化必须跨越的障碍。尽管无铅化(如使用锡、锗替代)是前沿方向,但其效率与稳定性仍远逊于铅基体系。
除了纤纳光电,传统光伏巨头也已深度布局。协鑫光电于2023年底宣布,其1000mm×2000mm钙钛矿单结组件效率突破18%,跨过GW级量产的重要门槛。头部券商预测,钙钛矿产业将于2026年步入量产,2030年市场规模有望冲击950亿元。
晶硅-钙钛矿叠层技术路线,尤其吸引老牌厂商加码:晶科能源、通威股份、华晟新能源等纷纷公布其叠层电池研发进展,效率纪录不断刷新。
然而,这条赛道的起跑线从未公平。传统大厂凭借深厚的晶硅技术积累、资金实力与容错能力,在工艺探索和设备攻关上优势明显。从光伏发展历史看,一项技术能否最终胜出,不单取决于效率或成本,更要看全生命周期的平准化度电成本(LCOE)。
尽管2024年被许多人视为钙钛矿商业化应用的“元年”,技术曙光已现,示范项目迭出,但面对晶硅技术持续降本与效率优化的双重挤压,留给钙钛矿真正走向成熟、证明自身发电效益与长期耐久性的时间,或许并不如想象中那般充裕。
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