在“双碳”政策引导和目标驱动下，能源产业转型与技术创新正在加速推进。钙钛矿太阳电池无疑是目前光伏行业最受关注的一项技术，也是被称为唯一具有商业化应用前景的新兴光伏技术。与传统光伏技术相比，其具有性能更优、成本更低、碳足迹更低等显著性优势。钙钛矿技术的产业化将有效的推动光伏产业普及应用，促进能源绿色转型。随着产业的日趋发展，钙钛矿光伏技术的研发现状、未来产业化的情况也受到了越来越多的关注。
2022年7月8日，由中国光伏行业协会主办的“薄膜太阳能电池应用及产业发展机遇研讨会”以线上形式顺利召开。会议邀请了行业专家、光伏企业代表就薄膜光伏电池发展及展望、钙钛矿电池研发及产业化进展、光伏建筑一体化技术创新与实践等方面内容进行探讨。极电光能联合创始人、总裁于振瑞博士出席会议，并围绕“钙钛矿太阳电池研发及产业化进展”做相关报告。
于博士在报告中介绍了钙钛矿太阳电池的基本材料和结构。他指出，钙钛矿太阳电池的效率在12年的时间里从最初的3.8%增至25.7%，接近晶硅电池的26.7%的最高效率。可以说，钙钛矿用12年的时间走过了晶硅太阳电池近70年的效率提升之路。“它的效率提升速度之快是前所未有的，这主要得益于钙钛矿对其中的杂质和缺陷有很强的容忍性。而且钙钛矿的理论效率极限可达33%，还有很大的提升空间。”于博士解释道。
在报告中，于振瑞博士重点回应了业界普遍关注的钙钛矿太阳电池组件产业化需要解决的大面积制备、稳定性、以及成本问题。
关于大面积生产制备技术
对于钙钛矿产业化技术研发而言，钙钛矿膜层的大面积制备极为重要。当前常用的大面积膜层制备技术为“一步溶液涂布法”，但在这种制备工艺过程中，溶剂的挥发、化学键的形成、材料的形核与结晶生长等各种化学反应和物理过程同步发生，而且留给上述各种反应过程的时间窗口极短，受环境影响大，在未来大面积规模化生产时会遇到工艺窗口窄的问题，不利于良率的提升。
“极电光能在这方面有着自己独创的‘气相-液相’结合的两步法钙钛矿制备技术，我们称之为‘原位固膜’法，可以有效地解决‘一步溶液涂布法’所遇到的上述问题。”于博士介绍到，通过“干法搭骨架，湿法定结晶”的策略，可以把溶剂挥发与化学成键分开、形核与晶粒生长分离，而且“骨架层”充当着结晶模板的作用，钙钛矿薄膜的结晶生长是在可控的条件下完成的，因此，受环境影响小，便于面积放大，工艺窗口宽，成品率高。“原位固膜”工艺制备的钙钛矿膜层质量也显著优于“一步溶液涂布法”制备的钙钛矿材料，钙钛矿组件的效率更高。另外，它也可以在不平整的基底表面成膜，因此还可以很好的兼容与晶硅叠层电池的制备。
钙钛矿是一个“工艺”与“配方”并重的技术，要实现技术研发向产业化的迈进，必须解决制备工艺与材料体系优化的问题。而在这方面，极电光能无疑是快人一步，2021年5月便率先向外界发布了“极创”钙钛矿光伏组件整体解决方案。方案中除了包含上述介绍的“原位固膜”薄膜制备技术，同时还包括了无甲胺钙钛矿材料体系、和界面钝化与缺陷控制技术三大技术创新，从材料优化、缺陷钝化与配方改进、以及膜层制备工艺等维度打造核心技术优势，逐个攻破钙钛矿产业在效率提升、大面积制备以及稳定性方面的行业痛点，为钙钛矿商业化量产扫清障碍。
关于钙钛矿的稳定性问题
钙钛矿的稳定性一直是业界非常关注的一个重要问题。“早期的钙钛矿光伏组件的不稳定是由多种因素联合作用的结果。”于博士称，从2017年开始，行业就开始寻求效率衰退原因及解决方案;目前，通过无机电荷传输层的应用、钙钛矿材料体系优化、钝化技术的导入、复合电极的开发、以及封装技术的优化等手段，已经可以解决其稳定性的问题。
2022年，美国普林斯顿大学一个课题组制备的PSC在35°C/1Sun下老化3531小时没有任何衰退;而在110°C/1Sun的高温下运行2100小时，组件效率才衰退了20%，反推到35°C/1Sun，则相当于要5.1万小时组件效率才衰减20%。考虑到大部分地区每年光辐照量在1000-1800小时之间，且35°C是组件野外使用时的中位温度，上述数据相当于钙钛矿光伏组件的野外运行时寿命可达28-51年。于博士表示“这样一个结果也充分证明了即使是在光热联合作用下，钙钛矿组件的寿命达到25年是没有问题的” 。极电光能在钙钛矿组件的稳定性方面也做了大量研究，通过使用无机电荷传输层材料、甲脒基钙钛矿材料体系、自创的钝化技术、复合背电极的开发以及可靠的封装技术的开发，很好地解决了钙钛矿组件稳定性的问题。极电光能的钙钛矿组件不仅能通过晶硅组件检测标准IEC61215的加速老化的认证测试，还通过了泡水、加速光老化等更严苛的测试，稳定性优异。
关于钙钛矿的成本
在谈到成本方面时，于博士表示“目前在百兆瓦级钙钛矿光伏组件试制线即将投产的情况下，其成本可以做到比当前晶硅组件的成本更低”。随着行业的发展，未来在FTO导电玻璃、折旧、人工成本等方面还会有大幅降低。
根据数据测算，到2023年平米级钙钛矿光伏产品将实现17-19%的效率，后续持续提升至25%。百兆瓦级产线阶段成本也将控制在1.0-1.5￥/W之间;1GW级时能降到～0.8￥/W;10GW级降到～0.6￥/W。考虑到钙钛矿组件成本较低，如果其效率达到17%，价格达到1.3￥/W，寿命25年时，就拥有市场竞争力。
除了上述讲到的效率、寿命和成本之外，实际应用场景下的发电能力也是考核光伏发电产品好坏的重要指标。极低的温度系数和优异的弱光性能叠加作用使得钙钛矿明显高于晶硅的户外发电性能。以北京地区为例，相同装机容量的钙钛矿组件比晶硅组件的发电量高9.8-13.4%。
在“双碳”背景下，一种能源产品自身的能耗指标也是衡量它的重要维度。根据分析：在制造环节，钙钛矿组件的制造能耗只有晶硅组件的1/3.7;从能量回收期上，钙钛矿组件只有晶硅的1/4。如果从“能源投资收益率”来衡量，钙钛矿可达到100以上，是所有能源产品中最高的，所以钙钛矿光伏组件是一种最优异的低碳能源产品。
在技术和政策的双向驱动下，钙钛矿今年也正式开启了产业化元年。作为绿色能源产业的新锐势力，极电光能也在加速推进钙钛矿产业化进程，目前公司150MW试制线建设已进入设备安装调试阶段，计划三季度末完成首片下线。同时，极电光能的GW级量产线建设也在规划中，计划于2023年启动首条GW级量产线建设，2024年正式投产，至2026年将建成10GW的产能，为“双碳”建设提供更优质的绿色能源产品。
责任编辑：周末
