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协鑫光电范斌：协鑫光电预计 2023年将组件效率提高至 18%。钙钛矿电池的效率提升有赖于材料、设 备、工艺的密切交互。其中，配方决定效率上限，涂布结晶决定钙钛矿本身质量，POE 是封装材料的 唯一选择。协鑫光电预计 2023 年将组件效率提高至 18%，并通过未来 2-3年的努力，将组件效率达到 22%。 仁烁光能谭海仁：围绕叠层电池进行技术突破，力争实现 30%以上的电池效率。钙钛矿叠层电池效率 提升有赖于窄带隙钙钛矿电池、互联层和宽带隙钙钛矿电池的技术进步。仁烁光能团队在 2021 年实现 了纯钙钛矿叠层电池组件的认证效率达到 21.7%，并持续追求实现 30%以上的电池效率。 德沪涂膜王锦山：钙钛矿处于产业化 0-1阶段，降本路径聚焦大面积和溶液法。当前钙钛矿行业依赖技 术和资本驱动，当前 1.0企业以单结技术为主，已建成数条 100MW级别产线。钙钛矿电池降本更类似 于 OLED 产业模式，第一是趋向于薄、柔发展；第二是真空蒸镀的方式逐渐由溶液成膜方式取代；第 三是尺寸扩大。德沪涂膜狭缝涂布机市占率达 70%，助力钙钛矿电池大面积降本实现。 弗斯迈成卫亮：公司的钙钛矿后道封装生产线较为成熟，且拥有 3 条前道技术路线。钙钛矿各层的成 膜方式分为真空镀膜和涂布两类，而最核心的钙钛矿层可选用涂布或气相沉积两类方法制备。公司拥 有 3条前道技术路线，其中“PVD--狭缝涂布--狭缝涂布-狭缝涂布-PVD”对各层薄膜的制备最成熟且设 备投资成本最低。后道封装生产线方面，公司拥有丁基胶涂覆机等一系列核心设备。 褚君浩院士：钙钛矿多晶电池面临稳定性与放大性两大挑战，未来“光伏+”产业有望兴起。由于离子 迁移、高缺陷度和易失衡的内应力等原因，大多数钙钛矿多晶电池的稳定性问题依然存在。此外，随 着制备面积的放大，钙钛矿多晶电池效率衰减严重。而单晶钙钛矿电池不存在上述两种问题，但受限 于复杂的单晶薄膜制备工艺。未来，光伏行业有望与制氢、5G 通信、新能源汽车以及建筑领域结合， 形成“光伏+”产业。 1. 协鑫光电范斌：钙钛矿技术产业化进展 材料、设备、工艺三者密切交互，共同推动钙钛矿效率提升。钙钛矿电 池产业化需要材料、设备与工艺的密切交互。材料的核心主要体现在配 方上，包括钙钛矿、添加剂、钝化剂和缓冲层等，配方决定了钙钛矿效 率的上限，是目前钙钛矿电池产业化放大最重要的因素。工艺方面，核 心在于涂布结晶、激光、封装。其中，涂布结晶组件是尺寸放大和大规 模连续制造的最主要挑战，决定了钙钛矿本身的质量。钙钛矿电池对激 光的要求比晶硅更严格，往往需要达到百纳米级别的加工精度。此外， 封装也是影响钙钛矿效率的关键因素，所用的真空层压设备是钙钛矿产 线上唯一一套能够与晶硅行业共用的设备，但由于钙钛矿材料对水汽高 敏感性，在封装材料的选择上更为苛刻，只能用 POE，晶硅电池用 EVA 难以达到稳定性标准。 协鑫光电预计 2023年将组件效率提高至 18%。2022 年，协鑫光电完成 100MW 产线工艺开发，组件效率达到 16%；预计 2023 年 100MW 产线 达产，将组件效率提高至 18%。目前已知钙钛矿组件的实验室最高效率 约为 26%。协鑫光电希望通过未来 2-3 年的努力，将组件效率达到 22%。 协鑫光电对叠层工艺持开放态度。当前，除协鑫以外，LG、IDG、腾讯 等资本不断涌入钙钛矿叠层领域。协鑫光电认为，在硅片上制造钙钛矿 电池的难度远大于直接在玻璃上制造。而无论和什么形式的电池做叠层， 都应首先解决单结电池的制造问题。 2. 仁烁光能谭海仁：高效率全钙钛矿叠层太阳能电池 与组件研究 仁烁光能团队围绕叠层电池的三个重要组成成分进行技术突破，追求实 现 30%以上的电池效率。全钙钛矿叠层电池的结构主要分为窄带隙钙钛 矿电池、互联层和宽带隙钙钛矿电池三个部分。仁烁光能团队主要围绕 这三个重要组成部分来进行研发和攻关。在隧穿结制备问题上，团队在 国际上率先提出一种原子层沉积(ALD)制备致密互联层和金属复合层的 新型隧穿结结构，实现全溶液法制备叠层器件中的钙钛矿薄膜，大幅度 简化了制备工艺。在提升窄带隙钙钛矿电池的性能上，团队认为对材料 的缺陷调控是关键，其中包括降低钙钛矿薄膜的锡空位缺陷、增强晶粒 表面的缺陷钝化效果等。未来，团队还将对表层材料、隧穿结等进行更 深入的研究。 大面积钙钛矿叠层电池组件的高效制备技术是推动产业化的关键。仁烁 光能团队致力于研究如何使钙钛矿组件的所有功能层都采用可规模化 的制备技术。首先，针对宽带隙电池，团队通过调控铯的含量来控制钙 钛矿层的成核和结晶，从而获得一个均匀、致密的钙钛矿薄膜。同时， 高效稳定钙钛矿组件互联区域激光划刻的设计也很关键，激光划刻技术 会在很大程度上影响电池的效率和稳定性。此外，在互联区域，由于钙 钛矿层和金属电极存在直接接触，会使钙钛矿材料中的卤素与电极中的 金属相互扩散，进而大幅降低金属电极的导电性。为克服上述问题，仁 烁光能团队运用原子沉积技术，在互联区域制备出保 形阻隔层 （ALD-SnO2），有效解决了钙钛矿材料与金属电极的直接接触，使得 组件可以在大气环境下完成激光划刻。经过这样的改进，仁烁光能团队 在 2021 年实现了纯钙钛矿叠层电池组件的认证效率达到 21.7%，在当时 远超过同面积单结钙钛矿电池的效率。 来源 知识星球：史丹利财富团3. 德沪涂膜王锦山：钙矿 0-1 产业化挑战与德沪涂膜 关键设备解决方案 钙钛矿 1.0 企业向 GW 级产线迈进，2.0 企业以学者创业为主。当前钙 钛矿产业化处于非常初期的阶段，主要依赖技术和资本驱动。1.0 企业多 为单结钙钛矿光伏企业，处于产业化 0-1 技术爬坡阶段，由协鑫和纤纳 引领，极电、宁德时代和仁烁等紧随其后，光电转换效率冲击 18%，目 前已建成 3 条 100MW 级别产线，并朝着 GW 级别进发。2.0 企业刚进入 产业化阶段，以学者创业为主，技术路线包括单结钙钛矿、叠层等，有 待厚积薄发，光晶、脉络、能丰等正筹划 100MW 级产线。2.0 企业预计 需 1-3 年内步入第一梯队。 钙钛矿和晶硅齐头并进，湿法为主-干法辅助工艺预计将成主流。钙钛矿 电池难以且没必要在综合性能特别是稳定性上与晶硅竞争，二者理应齐 头并进，在不同应用场景中独领风骚，如晶硅运用于集中式光伏，而钙 钛矿运用于移动光伏，比如新能源汽车领域。钙钛矿电池由从下至上导 电玻璃、空穴（电子）传输层、钙钛矿层、电子（空穴）传输层和电极 构成。钙钛矿电池各层存在干法和湿法不同组合的工艺方法：1）钙钛 矿层需要用到湿法工艺，其它层多为溅射、蒸镀和 RPD 等干法工艺；2） 除了电极和导电玻璃用干法制作外，其他均用湿法制作；3）所有层均 用湿法制作。为了降低成本，未来第二种方法将占据主流。 钙钛矿产业发展类似 OLED，大面积和溶液法是未来降本两大方向。由 于钙钛矿的结构和制造工艺与 OLED 面板类似，因此其产业化趋势将遵 循平板显示（OLED）的发展历程。第一是趋向于薄、柔发展；第二是 真空蒸镀的方式逐渐由溶液成膜方式取代；第三是尺寸扩大。大面积和 溶液法是未来两个降本的方向，而如何从成核结晶易控的小尺寸发展到 能够达到有限元的化学成核结晶一致性的大尺寸是目前需要解决的一 个问题。此外，钙钛矿对水汽的高敏感使其封装方式更接近于平板显示。 业界有三种成熟的 OLED 封装方式：1）Frit 封装法。封装玻璃和下方基 板之间为器件，四周由玻璃胶包围，用激光烧结。这种方法一般用于手 机、电脑等，但难以应用于钙钛矿领域；2）TFE（Thin Film Encapsulation) 封装法，利用有机-无机交叉的多层结构达到隔水隔气的效果，但是这类 结构不是透明的，因此在钙钛矿领域难以应用；3）Getter&Dispensser 封装法，是 OLED 典型的封装方式，在封装玻璃下面粘附干燥剂，即 Getter，四周涂覆一圈密封胶，即 Dispensser，防止透水，这种方法能够 应用于钙钛矿的封装 德沪涂膜团队以改良的涂膜和干燥工艺解决大面积钙钛矿物理和化学 一致性的痛点。德沪涂膜狭缝涂布设备市占率高达 70%，对平米级钙钛 矿的涂膜平整度已达到 4.5%，超越日德电子级大尺寸狭缝涂布巨头，已 供货协鑫全球第一条 100MW 钙钛矿产线并通过验收。干燥工艺方面， 德沪涂膜联手苏州材装和苏州乐成，合作开发干燥结晶设备如 VCD、激 光等。2023 年公司计划落户常熟，聚焦精密成膜、可控干燥和结晶三个 关键单元，建设德沪涂膜解决方案两大开放性平台：包括 20MW 300mm×300 的中试设备整线平台及 100MW 涂-干-结晶工艺平台。 4. 弗斯迈成卫亮：钙钛矿光伏电池组件封装整线解决 方案 钙钛矿各层的成膜方式分为真空镀膜和涂布两类，公司拥有 3条前道技 术路线。关于钙钛矿各层的成膜方式，弗斯迈建议金属电极层和导电玻 璃层选用真空镀膜（可选蒸镀、PVD 等）的方式来制备，电子和空穴传 输层则既可以选择以涂布（可选用狭缝涂布、喷雾涂布）的方式，又可 以选择以真空镀膜的方式来制备。对于最核心的钙钛矿层，弗斯迈建议 各钙钛矿生产企业可以选择涂布或气相沉积的方法来制备。公司拥有 3 条前道技术路线，其中对各层薄膜的制备最成熟且设备投资成本最低的 技术路线是“PVD--狭缝涂布--狭缝涂布-狭缝涂布-PVD”。该条技术路 线的优点在于，通过 PVD 保障两电极的成膜，使这两层膜优于全涂布制 作的组件，而中间三层使用狭缝涂布来制备，会降低设备投资成本，使 大多数用户都能有机会进行投入。但该条技术路线的缺点是空穴传输层 的涂布可能会对钙钛矿层造成一定的影响，导致组件效率适当降低。 弗斯迈的钙钛矿后道封装生产线较为成熟，拥有丁基胶涂覆机等核心后 道封装设备。丁基胶涂覆机的作用是通过在玻璃四周涂上一圈丁基胶层， 来保障钙钛矿电池的密封性。公司的丁基胶涂覆机具有以下优势：1） 设备采用独特的胶料唇口设计，可改变胶料宽度及厚度，满足客户不同 工艺需求；2）设备具有优秀的结构设计以及精准的程序控制，对胶料 搭接处的处理良好；3）设备拥有的独有控制系统可以控制胶料衔接处 间隙，精密机械结构可以保证涂胶直线度，采用的独创唇片设计方式可 有效控制胶宽和厚度。 5. 褚君浩院士：碳中和背景下的太阳能技术 钙钛矿多晶电池面临稳定性与放大性两大挑战。目前，大多数钙钛矿多 晶电池的稳定性仍存在问题，主要原因是离子迁移现象、高缺陷度以及 易失衡的内应力。在放大性方面，随着制备面积的放大，钙钛矿电池效 率衰减严重。小面积 0.095cm2 钙钛矿电池的效率可以达到 25.5%，但如 果把面积放大到804cm2，电池的效率就下降到17.9%，效率衰减超过30%， 主要原因是尺寸放大后难以实现大面积多晶晶粒的均匀结晶。 单晶钙钛矿太阳能电池不存在放大性和稳定性的问题，但单晶薄膜的制 备工艺较为复杂。单晶钙钛矿在生长过程允许任意尺度的放大，不会降 低晶体质量，而且其具备极佳的电学稳定性，在潮湿环境下也具有极佳 的长期稳定性。当前钙钛矿单晶太阳能电池的效率（22.8%）仍低于多 晶（25.7%），可能是由于单晶钙钛矿电池的研究仍处于早期阶段（截 止到 2021 年，多晶钙钛矿太阳能电池的研究论文有 9832 篇，而单晶钙 钛矿太阳能电池的研究论文仅有 19 篇）。目前，在仅有为数不多的研究 中，单晶器件的效率提升非常显著，符合理论预测中单晶电池应有的器 件效率。单晶钙钛矿电池的缺点是单晶薄膜的制备工艺较为复杂，目前 制备出的大面积电池较少。 “双碳”目标助力光伏行业进入高速扩张期，未来“光伏+”产业有望 兴起。“双碳”目标的直接指向是改变能源结构，即从主要依靠化石能 源的能源体系，向零碳的风光伏和水电转换。加快能源结构调整，大力 发展光伏等新能源是实现“碳达峰、碳中和”目标的必然选择。未来， 光伏行业有望与制氢、5G 通信、新能源汽车、建筑等领域结合，形成“光 伏+”行业。1）光伏+制氢：太阳能制氢实现了清洁能源生产清洁能源， 能有效解决光伏发电消纳问题。2）光伏+5G 通信：5G 基站大部分需要 新报装电，设备功耗大，耗电量大。而光伏发电系统能够有效降低企业 的电力成本，在 5G 领域拥有巨大的应用发展潜力。3）光伏+新能源汽 车：未来 5 年，全球新能源汽车销量将会提升到 2000 万辆。随着光伏充 电桩建设业务的逐渐扩大，光伏+新能源汽车应用模式将逐渐得到普及。 4）光伏+建筑：建筑光伏有助于建筑减碳，按方式可分为 BAPV和 BIPV， 在安全性、观赏性、便捷性和经济性方面都具备一定优势。
未来“光伏+”产业有望兴起 |
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