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钙钛矿可谓是“当红炸子鸡”,一众资本大鳄下场领投、百兆瓦产线进展如火如荼、GW级规划提上日程、跨界巨头及晶硅龙头强势登陆……行业预期直接拉满。那么问题来了,什么是钙钛矿,钙钛矿何时能落地,谁又是真正的黑马?
01何为钙钛矿
行业中,通常将钙钛矿称之为继第一代晶硅、第二代薄膜之后的第三代光伏电池技术路线。但钙钛矿太阳能电池中并没有钙元素,也没有钛元素,它是一种与钙钛矿(CaTiO3)晶体结构类似的,以有机无机金属卤化物半导体“ABX3”作为吸光材料的太阳能电池,呈八面体结构,由人工合成。
相较于当下主流的晶硅电池,钙钛矿具有高发电量和低成本两大优势,这对于光伏行业来说,是一种具有革命性的新材料。
钙钛矿电池主要分为单结和叠层结构,单结层钙钛矿电池结构是类似“三明治”层状的5层结构,结构简单,理论上光电转换效率可以到达33%,也是我国研究钙钛矿企业的首选。目前钙钛矿最高单结效率已达到25.7%,由韩国蔚山国家科学技术研究所(UNIST)实现。
叠层结构理论效率上限高,全钙钛矿双结叠层转换效率可达45%、三结叠层转换效率可达50%。目前,钙钛矿/晶硅两结叠层电池效率已经达到32.5%,由德国HZB研究中心2022年12月最新认证。
国内方面,今年1月,曜能科技官网公示,经中国计量院第三方测试认证,其自主研发的小面积钙钛矿/晶硅两端叠层电池稳态输出效率达到32.44%,时隔三个月再次刷新国内转换效率纪录。
经过北极星太阳能光伏网梳理,今年2月脉络能源发布消息称,经国家光伏产业计量测试中心认证,其研发的钙钛矿室内光伏电池光电转换效率在1000lux U30光源照射下达到44.72%,为当前世界最高值。
钙钛矿电池/组件不同技术路线最新转换效率一览:
(注:以上信息根据公开渠道整理,仅供参考)
成本方面,钙钛矿电池原材料均为基础化工材料,由人工合成,且不含有稀有元素,相比于晶硅电池的硅料来说廉价易得。
除原材料不受限制外,钙钛矿电池制备工艺较短。据协鑫光电官网介绍,从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入到组件成型的全工程,整个产业链可高度浓缩在一个百兆瓦的工厂里,时间控制在45分钟之内。
此外,钙钛矿材料对杂质敏感度低,对原材料纯度要求也低于晶硅,且可以在低温状态下制备。相比于晶硅1000度左右的高温流程,钙钛矿生产工艺温度不超150度,节省资源的同时,还可降低能耗。在电站端,钙钛矿电池凭借弱光性以及颜色可定制的特点,满足了长时间发电、透光度以及美观性等市场需求,在BIPV和幕墙、阳光房等领域也拥有广阔的市场空间。
02资本宠儿
站在“双碳”风口,加之自身优质属性,钙钛矿仅用10年时间,就走完了晶硅五十年的发展历程。在我国多部国家级文件中也明确提出,推动N型高效电池、柔性薄膜电池、钙钛矿及叠层电池等先进技术的研发应用,行业预期直接拉满。
作为备受瞩目的新一代技术,钙钛矿吸引了一众企业入局。据了解。隆基、通威、东方日升等均在相关领域有所研究,奉行“多条腿走路”的战略原则。
而对于非传统晶硅玩家而言,押宝钙钛矿更是一次弯道超车的机会。从近几年市场动态来看,企业或募资发力,或寻求战略合作,纷纷加码布局、强势登陆。
首先来看募资研发型企业,光伏作为重资产行业,想要发展自然少不了资本加持。据北极星太阳能光伏网不完全统计,短短两年间,已有9家钙钛矿企业获得数十亿元融资。
协鑫光电和纤纳光电融资轮次最多,分别完成了B+轮和D轮融资。根据行业机构预测,投后估值可达25亿、40亿元,背后不乏有腾讯、淡马锡投资、红杉中国、IDG资本、宁德时代、三峡建信等资本“大鳄”。
此外,极电光能、仁烁光能也相继完成数亿元Pre-A轮融资,曜能科技A轮获高瓴资本千万投资;无限光能、光晶能源、脉络能源也完成了数千万元的天使轮融资,参投企业涵盖耀途资本、碧桂园、正轩投资等一众明星机构。
除此之外,企业还可选择有行业背景的企业或者技术大咖、团队,通过战略合作的方式进军钙钛矿。例如金融设备商古鳌科技、金属制品背景的宝馨科技,以及“水牛奶之王”皇氏集团,均选择通过战略合作的方式切入钙钛矿。钙钛矿企业融资金额及用途详见下表:
03谁是真黑马
企业不断加码下注,百兆瓦级产线相继落地,GW级规划也提上日程,钙钛矿产业进展如火如荼。截至目前,已有7家企业抛出GW级规划,力争3-5年内实现多条GW级量产线落地。
具体来看,极电光能预计2025年实现6GW的产能产线目标,而汽车零部件厂商奥联电子更是制定了力争5年内形成8GW钙钛矿装备和2GW钙钛矿电池组件生产能力的宏伟目标,协鑫光电、仁烁光能、纤纳光电、万度光能也纷纷跟进GW级产线规划。
但值得注意的是,钙钛矿还处于从0到1的产业初级阶段,企业产能产线建设及落地情况受到多方关注。
根据企业规划,以协鑫光电、纤纳光电、极电光能、无限光能、仁烁光能为首的“原住民”,预计2023年钙钛矿电池百兆瓦级别产线总产能将接近1GW。截至目前国内已有3条百兆瓦产线建成,分别是协鑫光电、纤纳光电和极电光能。
协鑫光电组件尺寸为1mx2m,是目前全球最大尺寸的钙钛矿组件,转换效率近16%,预计2023年实现100MW产线基本工艺打通,量产效率目标为18%。
2022年7月纳纤光电首批5000片α组件成功发货,尺寸达到1245x635x6.4mm;此外去年2月,纤纳光电全球首个钙钛矿集中式光伏电站一期开工,装机容量为12MW。
极电光能方面,2022年12月,150MW全球最大的钙钛矿组件生产线投产;今年3月,极电光能研发的809.8cm²大尺寸钙钛矿光伏组件转换效率达到19.9%,钙钛矿大尺寸组件进程加快。百兆瓦产线外,多家钙钛矿企业也纷纷展开行动。
今年1月,万度光能2GW钙钛矿光伏组件研发及制造生产基地项目开工;2月份仁烁光能全球首条全钙钛矿叠层光伏组件研发线正式投产,组件尺寸为30*40c㎡,经日本JET第三方认证,光电转换效率达到29.0%,目前10MW研发中试线已全线跑通,是国内唯一一家建设全钙钛矿叠层组件的企业。
同为今年2月,脉络能源钙钛矿组件中试生产线实现工艺贯通,首片大面积(30cm*30cm)钙钛矿光伏组件正式下线;去年7月,鑫磊鑫半导体总投资10.36亿元的1GW钙钛矿光伏组件生产基地项目开工;无限光能10MW级中试线建设也于去年6月启动。钙钛矿电池企业产能产线建设情况如下:
作为极具潜力的下一代光伏技术,钙钛矿已然成为行业和资本市场的“宠儿”,面对远超晶硅的可发掘空间,不少企业期待抓住机会,实现弯道超车。而从实验室走向项目应用,钙钛矿仍有多项技术难关有待突破,离真正实现产业化还有一段路要走。量产之争一触即发,谁能乘势而上、率先实现产业化落地,谁将有望成为未来的光伏“黑马”,我们拭目以待!
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