长城“押宝”的钙钛矿，能否成为单晶硅“搅局者”？

提升太阳能利用效率，是光伏产业永恒的课题。

2015年起，隆基率先将传统的砂浆切割技术切换为金刚石线切割，从而将转换效率更高的单晶产品推向市场，逐渐奠定其单晶王者的地位。

电池转换效率为什么如此重要？光伏电池转换效率与度电成本关系密切，有数据测算，在20%转换效率的基础上，每提高一个百分点，可为下游电站节约5%以上的成本。

也正因此，近年来，头部企业似乎不知疲倦的着力提高光伏电池转换效率。最新世界记录由隆基绿能所创造，其硅异质结电池转换效率达26.81%，打破了5年前日本Kaneka公司创下的26.7%的记录。

但就像被三体人的“质子”锁死一般，在现有技术下，晶硅电池转换效率的上限，被牢牢锁定在29.43%。现有商业化尺寸的晶硅电池，与理论极限仅差不到3%，留给晶硅电池的提升空间不断缩小，光伏电池的效率之争也逐渐上升到了材料层面。

钙钛矿，一种完全迥异于传统晶硅体系的光伏电池技术，成为资本热捧的明星。据不完全统计，近两年钙钛矿领域投资额已近百亿。资本的看好，与钙钛矿电池技术所取得的商业化突破成正相关。

钙钛矿电池在光伏电池中，属于薄膜电池，此前在港股上市的汉能薄膜发电就是全球最大的薄膜太阳能企业，董事长李河君一度成为中国首富。但是薄膜发电，跟晶硅发电相比，存在一个问题，那就是薄膜发电会突然衰减。据说这个问题现在已经得到解决，所以钙钛矿开始兴起。

去年以来，协鑫光电、纤纳光电已分别建成100MW钙钛矿量产线。近日，长城旗下的极电光能宣布150MW钙钛矿光伏生产线正式投产运行，是全球目前已投产且产能最大的钙钛矿光伏生产线，同时具备BIPV产品和标准组件的生产能力。

在众多资本的拥簇下，钙钛矿的神秘面纱被逐渐揭开，向传统晶硅电池体系发起冲击。

新能源“野心”

1839年，德国矿物学家古斯塔夫·罗斯探索俄罗斯乌拉尔山脉时发现了一种天然矿物，他将这种化学式为CaTiO3（钛酸钙）的天然晶体命名为“钙钛矿”。

经过多年发展，与钛酸钙有着相同或者类似晶体结构的材料被统称为钙钛矿。剑桥大学物理学家山姆·斯特兰克斯曾赞誉其优于硅材料的吸光能力，称“可以用至少比硅薄一百倍的钙钛矿薄膜吸收几乎所有的阳光”。

2009年，日本桐荫横大学的宫坂力教授将钙钛矿材料作为吸光层，制备出效率为3.8%的钙钛矿太阳能电池，由此开启了世界范围内学者对提高其转换效率的研究。

12年后的2021年，单结钙钛矿电池最高效率已达到25.7%，接近单晶硅光伏电池实验室最高效率。要知道晶硅电池达到如今的转换效率，用时将近40年。

在一众顶尖实验室将目光锚定至钙钛矿的同时，2017年，长城汽车的掌门人魏建军找到“光伏老兵”于振瑞，希望找到一个切入光伏市场的好项目。

当时，国内分布式光伏发展如火如荼，组件、硅片的全球产能占比已超过70%。在晶硅电池技术领域，PERC电池已有内卷趋势，N型电池技术仍前景不明，于振瑞“押宝”似的选择了作为第三代光伏电池技术的钙钛矿。他说服中科院材料学博士邵君与澳洲回国博士郑策，组建了极电光能早期的核心技术团队。

以“量产”作为目标的极电光能，产业动作也相当之快。据其官网介绍，公司起源于长城控股集团，2018年开始钙钛矿技术研发，2020年4月落地无锡。

2021年5月，极电宣布在63.98cm的钙钛矿光伏组件上实现了破世界记录的20.5％的光电转换效率，标志着大面积钙钛矿光伏组件转换效率突破20%大关。同时快马加鞭推出无甲胺钙钛矿材料体系等三大创新技术，推进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。

秀出“硬实力”后，同年10月，公司宣布完成2.2亿元PRE-A轮融资，由碧桂园创投、九智资本联合领投，建银国际、云林基金跟投，控股股东稳晟科技追加投资，该公司由魏建军直接控制，持股比例99%。

在资本助力下，极电光能的产业化进展神速。12月8日，公司150MW钙钛矿光伏生产线正式投产运行。这条产线于去年四季度启动建设，总投资超2亿元。

今年8月，极电光能全球总部及钙钛矿创新产业基地项目正式签约落户锡山。计划投资30亿元建设全球首条GW级钙钛矿光伏组件及BIPV产品生产线、100吨钙钛矿量子点生产线、全球创新中心及总部大楼，预计年产值25亿元。

据极电光能的规划，预计将在2023年底或2024年上半年投入钙钛矿太阳电池第一条GW级产线，2026年预计产能扩大到6GW。

通过拆解魏建军的投资版图可以看到，极电光能只是其中一环。旗下已孵化出未势能源、毫末智行、蜂巢能源、蜂巢易创等多个独角兽项目，遍及氢能、光伏、自动驾驶、锂电池、汽车发动机等领域。

其中，“动力电池黑马”蜂巢能源已走到上市的关口，拟募资150亿元；专攻氢能及燃料电池的未势能源也正式完成5.55亿元B轮融资，逐渐搭起横跨新能源产业链的“绿色长城”。

为什么是钙钛矿

车企进军光伏领域并不罕见。早在2008年，比亚迪就扎进了光伏行业，从硅料、硅片、电池片、组件等全产业链，到今年10月推出户用光伏解决方案，进军户用光伏市场。

在电池环节从P型向N型过渡的关键节点，多家光伏跨界者也纷纷瞄准了高效电池，譬如乳期皇氏集团、玩具商沐邦高科选择了TOPCon路线，“拖鞋大王”宝峰时尚、海上风电明星企业明阳智能、金钢玻璃等则“相中”异质结。

不过，无论是哪种路线，本质上都是以硅为衬底，在单晶硅这条技术路线上“做加法”。正如前文所述，晶硅电池目前理论转化峰值为29.4%，隆基的硅异质结电池转换效率已达26.81%，正无限接近光电转化效率的天花板。

但钙钛矿的上限却还要高出很多。广发证券援引scientific report结果，双结叠层电池理论极限光电转换效率在45%左右，三结叠层电池理论极限光电转换效率可达49%。

除了“效率”方面的碾压，钙钛矿更简化的生产步骤和更低的生产成本也是引起资本关注的重要因素。

据了解，与需要1400℃高温才能熔化拉晶的硅料相比，钙钛矿只需短暂低温退火即可得到超平整致密的钙钛矿薄膜，工艺温度最高不会超过120度，能耗远低于晶硅电池。

此外，硅料在近两年成为掣肘光伏产业发展的最主要因素之一，据索比咨询计算，在其他条件不变的情况下，硅料每上涨1万元/吨，电池片与组件端成本平均上涨0.03元/瓦。 但钙钛矿本身不需要硅料，制作金属卤化物钙钛矿所使用的主要是碳、氢、氮、铅和碘等几种常见元素，储备丰富。

“钙钛矿太阳能电池具有光吸收系数高和载流子迁移率高，载流子扩散距离长、带隙灵活可调并且制备工艺简单，原材料成本相对低廉等优势。”据广发证券测算，从上游硅料到下游组件，1GW产能投资大约需要接近10亿元的投资规模，但钙钛矿达到一定成熟度后，1GW产能投资约5亿元左右，约为晶硅的50%。

同时，钙钛矿电池的制造工艺流程较短。协鑫光电董事长范斌曾对媒体透露，钙钛矿所有的工艺流程都可以在一个工厂里面进行，从原材料到组件只要45分钟。而对于晶硅来说，从一块硅料到最终生产出组件最快也需要三天左右的时间。

“钙钛矿应该能够实现5-6毛钱左右的组件成本，这个组件成本大概会比晶硅的成本下限还能够低40%-50%。”

在下游应用方面，钙钛矿在BIPV领域也有超越晶硅组件的优势。

据于振瑞介绍，钙钛矿光伏组件具有颜值高，颜色可调节，可以做自然半透等优势，这是晶硅与其它薄膜光伏组件不能比拟的，所以它的应用范围非常广；另外，钙钛矿光伏组件还可以做成柔性组件，是可穿戴和移动光伏电源的最优选择。

中信建投也在研报中肯定了这一观点。称“BIPV领域或是钙钛矿电池首先覆盖应用市场，总市场规模超千亿。考虑钙钛矿电池组件在BIPV领域的渗透提升，2022-2025年钙钛矿电池BIPV领域潜在装机需求预计76.2GW”。

商业化前夜？

虽然钙钛矿作为光伏电池材料的研究已有十几年的历史，但始终未在业内掀起太大的浪花。直到今年6月，以投资眼光著称的高瓴资本发布了一篇名为《钙钛矿：技术驱动光伏产业发展》的文章，文中提及钙钛矿被认为是极具潜力的下一代光伏材料。

除了资本层面的关注，国内围绕钙钛矿领域的政策文件、产业落地也更为活跃。

例如，4月份印发的《“十四五”能源领域科技创新规划》，指出支持高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术

6月1日，国家发改委、国家能源局等九部门发布《“十四五”可再生能源发展规划》，强调“要掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术”。

8月18日，科技部等九部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》，提出到2030年，进一步研究突破一批碳中和前沿和颠覆性技术，研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术。

产业进展方面，较早布局钙钛矿的协鑫光电、纤纳光电均已建成100MW产线。今年5月，纤纳光电钙钛矿组件α全球首发，该组件采用纤纳独立开发的溶液打印技术，可进行12年产品材料与工艺质保，25年线性功率输出质保；两个月后，5000片α组件从浙江衢州发出，将用于浙江省内工商业分布式钙钛矿电站，率先迈出商业化步伐。

12月中旬，协鑫光电宣布完成5亿元人民币B+轮融资，刷新了钙钛矿领域的单轮融资规模，将用于完善协鑫光电100MW大尺寸钙钛矿组件产线的工艺和设备开发。

资方亦是星光熠熠，淡马锡投资、红杉中国、IDG资本三家联合领投，川流投资等机构跟投，大股东协鑫科技持续加码。而在此之前，协鑫光电已获得道达尔能源、宁德时代、腾讯的青睐。

上游的“卖铲子”的设备商似乎也已做好了随时商业化的准备。

钙钛矿电池主要包括镀膜、刻蚀、封装是三大核心工艺，涉及PVD设备、涂布设备和激光设备。

迈为股份在投资者交流活动中曾表示，大部分HJT的镀膜设备都能用在HJT-钙钛矿叠层上，技术路径更为接近。同时，钙钛矿叠层电池均需要使用TCO和低温银浆，也都需要用到板式设备，所以HJT更为适合与钙钛矿制备叠层电池。

包括众能光电、捷佳伟创、晟成光电（京山轻机子公司）、迈为股份、帝尔激光等积极布局钙钛矿电池设备研发。

7月，捷佳伟创钙钛矿电池“立式反应式等离子体镀膜设备”（RPD）通过厂内验收，中标了某头部光伏企业的钙钛矿电池蒸镀设备项目；迈为股份的单结钙钛矿电池激光设备已交付；京山轻机近期接受投资者调研时称，公司在钙钛矿领域布局了核心的镀膜设备，还能够提供产线上的玻璃清洗机、钙钛矿干燥设备、组件封装设备等。

图片来源：天风证券研报

业内认为，钙钛矿电池走到了商业化的前夜。也正是在这个时间点，多家上市公司闻风而至。

11月18日，OLED有机材料与应用部件龙头奥来德（688378.SH）公告，将使用超募资金投资建设钙钛矿结构型太阳能电池蒸镀设备的开发项目，以及低成本有机钙钛矿载流子传输材料和长寿命器件开发项目，投资额分别为2900万元和2000万元。

12月9日晚间，汽车零部件制造商奥联电子宣布进军钙钛矿，将与自然人胥明军共同设立合资公司奥联光能，从事钙钛矿太阳能电池及其制备装备的研发、生产、制备、销售等。在该合资公司5000万的注册资本中，奥联投资以货币方式出资4750万元，占比95%。

奥联电子表示，后续计划2023年50MW钙钛矿中试线投产，2024年600MW钙钛矿装备和120MW钙钛矿电池组件生产线投产，力争5年内形成8GW钙钛矿装备和2GW钙钛矿电池组件生产能力。

趋势or故事？

尽管政策频频发力，各界资本也对钙钛矿表示出浓厚的兴趣，但新兴事物的兴起与发展的过程中总会伴随各种探究和质疑的声音，钙钛矿也不例外。

财经网向某光伏行业分析师咨询钙钛矿电池产业化进展，该人士回应称，对该领域暂未有深入了解。另有光伏产业人士表示，钙钛矿没有大家想象得那么快。“距离真正落地还有很长的路要走，资本市场还是以讲故事为主。”

在《财经》年会2023上，中国科学院院士、中国科学院原院长白春礼白春礼也提及钙钛矿电池，称其是电化学储能的新方向，具有吸光能力强、低成本和易制备、弱光效率高等优势和特点，但存在稳定性较差和大面积应用时的效率损失两个短板，成为当前研究的热点之一。

由于钙钛矿2009年才应用于光伏电池领域，其实际使用寿命仍然“成迷”。

开源证券指出，部分公司测试钙钛矿电池组件可稳定使用超过25年，但在实际商业化应用的场景中具体使用寿命如何，可能还需更多时间去进一步验证。

范斌认为，钙钛矿的缺点就是它还没有量产。因为没有量产，所以在工艺上会有很多不确定性，其中最大的不确定性其实在于结晶的控制，因为结晶的控制这个环节在其他行业里面找不到对应的设备，所以就意味着所有从事钙钛矿量产开发的企业都必须自己开发出对应的结晶的方案。

据天风证券统计，2022年钙钛矿组件产能约为0.87GW，2023年产能则有望超过1GW。

另外，掣肘光伏产业发展的硅料价格已松动，联动产业链价格一路下滑。据中国有色金属工业协会硅业分会12月21日发布数据显示，硅片价格呈现熔断式下跌。其中，M10单晶硅片(182 mm /150μm)价格周环比跌幅20%。

阿特斯阳光电力高级副总裁张光春表示，“在光伏发电里面不论做什么样的技术、生产什么样的产品，但是万变不离其宗，就是最后的度电成本，发一度电到底花了多少钱。”在他看来，如果度电成本上没有竞争力，任何技术和产品都很难实现大规模产业化。

可以预见的是，随着硅料、硅片价格走低，晶硅电池及组件的度电成本有望进一步下降，钙钛矿在短期内恐难具备与其分庭抗礼的实力，因此产业界也将更多目光放在钙钛矿与晶硅叠层路线上。

据科技日报报道，晶硅钙钛矿串联电池光电效率已来到32.5%，这一世界纪录由德国HZB研究中心创造。

李璐/文

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