【NEX 2025】协鑫光电：钙钛矿产业化进程

田清勇在分享中指出，光伏用钙钛矿并非原生碳酸钙晶体结构，而是通过元素替换形成，如最早的甲胺铅碘钙钛矿，其需依附固定基材，且材料特性优良，仅需 0.5 到 0.7 微米厚度的薄膜就能实现良好的光吸收，过厚薄膜反而会影响效率。从结构模型来看，钙钛矿属于离子型晶体，由无机框架构成，离子及无机框架组分在一定条件下可能发生迁移，这导致其稳定性与原子晶体结构的传统晶硅存在差距，但晶硅稳定性表现十分出色。在材料设计方面，钙钛矿展现出显著优势。通过改变组分可实现性能提升，自 2009 年相关研究起步以来，钙钛矿组分已从单一类型发展为多元混合，在金属位和卤素位均有混合变化。相较于晶硅常用的掺硼、钾等有限材料，钙钛矿在电子材料选择上更为丰富，不仅有无机系、有机系之分，可适配不同工艺，且在钝化材料选择上可能性极多，仅报道的钝化材料就数以千计，还可针对钙钛矿上界面、下界面等不同位置进行钝化。单极技术层面，钙钛矿电池膜层特性使其具备与其他技术叠层的潜力，虽薄膜性透光技术不止钙钛矿，但目前钙钛矿是叠层电池的最优选择，而晶硅在性能上表现突出，因此钙钛矿与晶硅叠层成为当前制作叠层电池的最佳材料组合。

从产业价值来看，随着光伏产业不断发展，光伏系统组件成本占比持续降低。国内西部大型场站组件成本占整体成本的 20% 到 30%，海外市场因人工、土地价格较高，组件成本占比更低，国内小工商业市场亦是如此。在此背景下，进一步降低光伏发电度电成本，提升效率成为关键，钙钛矿与晶硅叠层则是提升组件效率的有效方式。田清勇通过数据直观展示了钙钛矿的降本效应：组件效率提升后，相同功率组件所需电池片数量减少，人工、土地、支架等成本按比例下降，而逆变器等电力电子部件成本因与电站规模相关可保持稳定。经统计，在国内市场，每提高 1% 的光伏组件效率，可使组件端系统成本下降近 5 分钱 / 瓦；若建设 1GW 叠层电站，使用 35% 效率的叠层组件（当前为数据预测），每 GW 建设成本可降低 5 亿，这也成为未来叠层组件溢价的重要来源。除高效率优势外，钙钛矿还具备出色的发电能力。受载流子传送机制影响，传统晶硅温度系数多在 - 0.3 至 - 0.4 之间（异质结技术略低），而钙钛矿因材料、缓冲材料、钝化材料的差异，温度系数表现不同，但基本维持在 0 上下，对温度变化不敏感，发电能力更优。在碳排放方面，钙钛矿合成及材料制备工艺温度较低（通常不超过 150 度，此温度下结构稳定），具备显著的低碳优势。针对钙钛矿含铅可能引发的生态问题，田清勇解释道，钙钛矿膜层仅 0.5 微米厚，铅含量在组件质量占比中小于 100ppm，远低于传统晶硅组件中为提升稳定性而添加的玻璃含铅量，无需过度担忧其生态影响。产品形式上，钙钛矿比晶硅更为丰富。除传统地面光伏电站、户用电站外，还可与建筑集成，制成半透明组件、幕墙，或打造轻质化组件，在车载光伏、卫星应用等领域也有初步尝试，不过目前这些特色场景渗透率仍较低。

田清勇表示，当前钙钛矿研发吸引了众多企业参与，主要分为四类：一是传统晶硅光伏企业，大多设立研究部门开展相关研究；二是初创企业，由高校和研究机构学者推动产业发展；三是跨界龙头企业，如宁德时代、京东方、华能、比亚迪等，部分企业因钙钛矿工艺与自身工艺相似（如京东方代表的显示器行业）而积极布局；四是海外公司，鉴于中国在光伏产业上下游供应链及应用领域的全球领先地位，海外将钙钛矿视为提升竞争力的重要技术方向，大力投入研发。政策支持方面，近十年来，国内外均高度重视钙钛矿技术应用。国内科技部、工信部等部门持续推动，海外如日本政府更是投入数十亿日元扶持国内头部企业开展钙钛矿相关研究。

作为钙钛矿产业化的引领者，协鑫光电在该领域已深耕近十年。自 2013 年启动钙钛矿商业化开发以来，企业在产业链布局上始终保持全球领先，率先建设中等尺寸组件研发线、10GW 研发线、百兆瓦研发线及第一条 GW 级钙钛矿晶硅叠层组件生产线，奠定了 “涂布 + 结晶 + 真空镀膜” 的设备 / 工艺技术框架。在技术成果上，协鑫光电成绩亮眼。全球首个 2 平方钙钛矿单结组件效率突破 16%，目前已实现 19% 的效率，计划今年将效率提升至 20% 以上（当前为测试效率）；叠层组件方面，基于 19% 以上效率的大面积钙钛矿，成功研发出 26% 效率的钙钛矿晶硅叠层组件，去年上半年在 0.2 平方米小尺寸组件上实现近 30% 的效率。稳定性认证上，协鑫光电依托莱茵苏州认证基地，积极开展组件测试。去年，其组件基于 IEC61215 认证标准通过相关测试并获证书；今年，进一步将湿热、高低温循环等关键指标测试时间延长 3 倍，仍顺利通过测试并拿到证书，叠层组件预计今年下半年获得全类认证报告。示范项目建设方面，协鑫光电在前年基于 2 平方组件建成首个兆瓦级示范电站，近两年又推广了多个兆瓦级示范项目，同时与多家发电集团达成叠层组件战略合作，推进更多兆瓦级示范项目落地。

目前，协鑫光电位于矿山的 GW 级叠层组件基地已投入建设，占地 60 多亩。在生产工艺上，企业早在 2016 年就确定了典型薄膜电池的多层级结构，2017 年推出相关产品，经过多年优化，通过筛选钙钛矿材料、优化钙钛矿层上下结构及品相钝化等技术改进，不断提升组件效率与稳定性。未来一两年，企业主力产品将包括钙钛矿半透明组件、全黑组件及钙钛矿晶硅高效叠层组件，且叠层组件生产工艺可完全兼容现有传统晶硅组件厂生产线。凭借在钙钛矿领域的良好发展前景，协鑫光电获得了众多投资机构的支持，既有宁德时代、腾讯、红杉等一线投资机构，也有实力雄厚的国资背景基金。对于未来规划，田清勇透露，企业今年将全力推进 1GW 钙钛矿晶硅叠层组件生产基地建设，目标组件效能提升至 27% 以上；未来 3 到 5 年，计划将生产能力拓展至 5 到 10GW，力争实现成本与晶硅组件具备竞争力的目标，为推动光伏产业高质量发展注入新动能。

来源 | CNECC

编辑 | 中华新能源