近日，协鑫集团旗下的苏州协鑫纳米科技有限公司(简称协鑫纳米)发布了其在钙钛矿光伏组件技术方面的突破性进展。协鑫纳米已经率先建成10MW级别大面积钙钛矿组件中试生产线，完成了相关材料合成及制造工艺的开发，并已开始100MW量产生产线的建设工作，计划于2020年实现钙钛矿光伏组件的商业化生产。
钙钛矿技术已成为全世界最受瞩目的新兴光伏技术，业界期待钙钛矿技术在进一步提高光电转化效率的同时，能够大幅度降低光伏组件的制造成本。
图1：协鑫纳米的钙钛矿组件
协鑫纳米的10MW中试生产线所制造的钙钛矿光伏组件尺寸为45cm*65cm，光电转化效率达到15.3%。这是全世界范围内最大面积的钙钛矿光伏组件，也是大面积钙钛矿组件效率的最高数值。正在建设中的100MW量产生产线，将把组件面积扩大至1m*2m，组件光电转化效率将提高至18%以上。在现有的工艺条件下，100MW量产线制造的钙钛矿光伏组件的制造成本预计将低于1元/W，量产组件的工作寿命将达到25年以上。当产能扩大到1GW以上时，钙钛矿组件的制造成本还将进一步下降到每瓦0.7元左右。如此低的组件成本，意味着光伏系统造价将低于3元/瓦，光伏电力的成本即便在中国东部地区都将显著低于火电。
在平价上网成为行业最重点工作的当下，这项技术的意义不言而喻，可以说钙钛矿技术的成功之日，就是光伏产业实现全面平价之时。
此前的各种光伏电池及组件技术，都是在国外完成全部技术开发之后再引入全套生产设备在国内生产，普通晶硅、PERC、HJT、非晶硅、CIGS、CdTe莫不如是;而钙钛矿技术，是中国企业第一次从材料、设备到工艺全面实现自主研发的产物。大面积钙钛矿组件生产工艺开发的成功，标致着中国的光伏产业正式从技术的追随者变成了引领者。
图2：苏州协鑫能源中心水上钙钛矿试验电站
钙钛矿技术的原理和优势
与传统晶硅技术相比，钙钛矿技术具备若干显著的优势。
首先钙钛矿材料是一种人工合成的晶体材料，材料的配方可以不断地调整、迭代，在提高材料性能的同时降低制造成本。而晶硅材料并没有可以调整之处，只能在提纯工艺上做文章。
其次，钙钛矿材料对杂质不敏感，通常90%左右纯度的钙钛矿材料就可以用于制造效率达到20%以上的太阳能电池。晶硅材料则对杂质非常敏感，纯度必须达到99.9999%以上才能用于制造太阳能电池。对纯度要求的差异自然带来了显著的成本差异。
图3：钙钛矿薄膜的微晶结构
钙钛矿材料的吸光能力也远远超过晶硅材料。晶硅太阳能电池中硅片的厚度通常为160至180微米，而钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层的厚度仅为0.3微米。一个由60片硅片构成的晶硅组件消耗硅材料约1公斤，而相同尺寸的钙钛矿组件仅消耗2克钙钛矿材料。
由于钙钛矿材料可以溶解在普通溶剂之中，钙钛矿组件可以通过溶液涂布工艺生产，整个生产工艺流程温度不超过150度。而晶硅材料的铸锭和提拉都需要在1500度以上高温，生产能耗的差别可想而知。
基于上述原理性优势，钙钛矿技术自2009年出现以来，迅速得到了学术界和产业界的重视。目前国内外几乎所有与材料科学相关的大学及研究机构都在进行与钙钛矿光伏技术相关的研究，国内外光伏企业也纷纷开始了钙钛矿光伏组件的量产技术开发。截至2019年2月，钙钛矿太阳能电池的实验室效率已经达到23.7%，超过了多晶硅、铜铟镓硒、碲化镉等传统光伏技术的实验室效率。
协鑫纳米技术团队负责人范斌博士介绍：“从发展趋势看，钙钛矿太阳能电池的实验室效率必将在三年内超过单晶硅的实验室效率。鉴于砷化镓(三五族)太阳能电池成本过高(为晶硅电池的数百倍至上千倍)，无法在日常应用中推广，钙钛矿届时必将成为效率最高且成本最低的主流光伏技术。”
钙钛矿技术面世之初，由于材料设计尚不成熟，其稳定性受到了很多质疑。2016年以来，随着新型多离子混合型钙钛矿材料的应用，以及缓冲层材料逐渐无机化，钙钛矿太阳能电池的工作寿命稳步提高，在实验室中已可实现连续1000小时工作衰减低于5%。协鑫纳米针对钙钛矿光伏组件开发的材料和封装工艺，可以保证钙钛矿组件25年以上的稳定工作寿命。
团队介绍与创业历程
协鑫纳米的技术团队源自厦门惟华光能有限公司。厦门惟华的创始人是国家人才计划特聘专家范斌博士。2013年，厦门惟华开始从事钙钛矿光伏组件技术开发，是全球范围内最早投入钙钛矿量产技术研究的企业之一。2016年底，协鑫集团并购厦门惟华，同时开始在苏州建设10MW级别钙钛矿组件中试生产线。2017年底，钙钛矿组件中试生产线建设完成。2018年底，中试生产线相关工艺开发完成，开始筹建100MW量产生产线。
责任编辑：大禹
