光伏未来已来？钙钛矿电池或将伴随晶硅电池的迭代迈开产业化的步伐

1、钙钛矿电池与晶硅等形成叠层电池，或将是“未来电池”的终极路线。钙钛矿/晶硅叠层电池,是指在光伏电池中搭配钙钛矿及晶体硅两种半导体材料，按禁带宽度从小到大、光谱波段由长到短从底向顶叠合，让波长最短的光被最外侧的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用。从而减小单结电池中载流子热驰豫导致的能量损失，拓宽太阳能光谱的利用范围，实现光子全方位吸收。目前已开始量产的单结钙钛矿电池，其理论效率可达31%；但钙钛矿与晶硅的叠层电池，转换效率极限可拓宽至46%以上。因此，目前已有部分钙钛矿企业开始进入该路线，协鑫2023年投建的钙钛矿GW级产线，其目标即是生产制造2.4m x 1.2m大尺寸钙钛矿/晶硅叠层电池；仁烁则投入全钙钛矿叠层电池路线，也是目前行业唯一进行全钙钛矿叠层电池研发的企业。

2、钙钛矿对晶硅电池并非简单的直接替代，而是在更高技术上的迭代升级

对钙钛矿电池未来的发展，不像其他行业一个颠覆性技术和产品往往会受到排斥、挤压甚至封锁围堵的局面，晶硅企业目前并没有对钙钛矿进行简单的排斥，反而是积极投入进行研发试验。尤其进入2023年，看到钙钛矿电池产业化的曙光，隆基、天合等一大批晶硅巨头，以及其他众多TOPCon、HJT晶硅电池厂商，大都开始投入钙钛矿电池的研发。

晶硅企业主动拥抱钙钛矿电池产业化的到来，是基于钙钛矿可与晶硅电池形成转换效率更高的叠层电池，未来钙钛矿电池对晶硅电池并非直接的替代，而是从更高的技术上进行的迭代升级。晶硅厂商可以利用现有技术和产线，未来将两种技术结合可谋求更好的发展前途。同样，钙钛矿企业主动拥抱晶硅产业，也是基于其自身研发的钙钛矿核心技术，利用晶硅已有成熟技术和产能，实现自身产品的升级发展。钙钛矿与晶硅电池的“双向奔赴”，或将是未来钙钛矿技术发展的终极方向。

3、钙钛矿与HJT异质结的“双向奔赴”，可能更易修成正果

相比TOPCon电池，钙钛矿与HJT异质结的叠层电池或更代表未来的方向。其核心主要在工艺路线上，HJT电池表面为TCO层，制备叠层钙钛矿电池时可以直接将钙钛矿叠加，工艺路线更为相融；而TOPCon电池表面为氮化硅层，氮化硅不导电，需要在保证钝化效果的同时去掉或改性氮化硅层。转换效率方面，HJT与钙钛矿在光谱吸收方面互补，可实现更高的转换效率。此外，HJT电池制备是低温工艺，一般低于250℃，与钙钛矿低温制备工艺更加适配。

因此，钙钛矿与HJT异质结的“双向奔赴”，可能才更容易结成“连理”、结出“硕果”！

4、钙钛矿与其他电池形成叠层电池，尚有较多的技术难点

钙钛矿与CIGS薄膜电池的叠层，在带隙宽度可调上能与钙钛矿顶电池带隙匹配。单CIGS通常通过真空方法沉积，导致表面粗糙，因此其重要挑战，是在粗糙的CIGS电池表面保形生长钙钛矿顶子电池，或通过增加表面后处理工艺或者优化CIGS吸收层的沉积工艺改善表面粗糙度。

全钙钛矿叠层电池理论效率更高，制备温度远低于晶硅，全生命周期的能耗更低（制造成本可达到晶硅组件成本的 50%），有望取得比钙钛矿/晶硅叠层电池更低的度电成本（为晶硅的50%）。钙钛矿组件的更具成本优势，并在建筑光伏、车顶光伏与消费电子光伏方面比钙钛矿-晶硅叠层更具应用前景。但在叠层电池的良品率与钙钛矿层的大尺寸效率上，其稳定、连续生产还不能满足，全钙钛矿叠层电池的稳定性问题也还需要在实际运行情况下进行验证。

5、两端叠层可能成为终极技术路径

从产业化发展路径来看，钙钛矿太阳能电池发展前期以单层结构为主（即“单结”），单结电池技术成熟后预计将逐步向叠层电池发展，开始以四端叠层结构为主，后有望逐渐发展至两端叠层结构。

四端叠层电池（4T）结构相对简单，优势在于各个子电池相互独立工作，电池环节无需增加新的工艺设备，且不要求子电池电流匹配，预计叠层电池发展早期或将以四端结构过渡。但4T叠层电池包含三个透明电极，会增加电极对光的吸收，影响器件效率；且在实际运用中，需要更多的外部辅助设备，更多的外接电源，增加了器件的使用成本。

两端叠层电池（2T）工艺成熟后，有望成为终极技术路线。仅需要一个透明电极，寄生吸收低，且由于透明电极的减少使外接电路较简单，不仅效率更高，而且有利于降低成本，具备较高的商业化生产潜力。但2T 叠层电池为串联结构，电流由两个子电池中较小的电流决定，故子电池应具有近似的电流，对子电池电流匹配性要求高；且在制备第二层子电池的时候，溶剂、后续退火都可能会损坏第一个子电池，对器件制备工艺提出了挑战。此外2T 叠层电池对两个子电池之间的中间层要求很高，两端叠层结构工艺难度较高。

四、“速度决定出路”，高技术门槛下产业化进度越快的企业可能会抢得钙钛矿发展的先机

（一）尚未开局即已热闹，各方跨界进入钙钛矿行业竞逐已显激烈

目前钙钛矿电池产业化的行业整体格局，基本是“新势力单兵突击；晶硅巨头积极跟进；行业巨头跨界涌入”：

一是“新势力”量产先行，推动钙钛矿产业化不断成熟，将可能率先步入产业化的快车道。当前钙钛矿电池产业化能力，基本仅集中在协鑫、极电、纤钠、仁烁等少数几家专业钙钛矿电池企业。这几家企业经过前期小试、中试生产，已基本解决钙钛矿电池面积放大后的效率提升和材料稳定性等技术问题，并已在产线整线设计和工艺优化方面初步积累了一定的经验；通过接下来其GW级工厂的量产磨合，将可能在近两三年较快实现规模化的生产制造，从而抢先占领部分应用市场。

二是晶硅巨头“被动”入局，带动大批晶硅厂商加入，在单结钙钛矿电池先行应用的情况下，其产业化的步伐可能会受到一定阻滞。2023年短短一年，许多晶硅企业快速完成加入钙钛矿的大转变。但目前晶硅厂商基本上都还处于实验室研发阶段。钙钛矿电池在技术放大中的工艺技术难度要远高于晶硅电池，因此晶硅厂商在钙钛矿电池研发和产业化的过程中，尚有较长的路要走。且基于其现有的晶硅产能布局钙钛矿/晶硅叠层电池路线，一方面相比逐渐成熟的单结钙钛矿电池组件制造，叠层路线在制备工艺上还有更多的技术难点需要克服（业界预计大致5年后，即2029年甚或2030年后）；另一方面叠层电池在效率尚未达到应有高度的情况下，其比单结钙钛矿电池高出很多的组件成本，也将成为制约其市场应用的重要瓶颈因素。

三是能源央企押注，行业巨头跨界涌入，钙钛矿太阳能电池行业尚未开局即现竞争。能源央企中有华能、国电投、中能建、华电、中核等；跨界巨头中有宁德时代、比亚迪、京东方等。但大都还在实验室研发或开始组建研发团队阶段。

（二）行业洗牌一直在进行，高技术门槛决定的钙钛矿电池产业化可能显现“速度决定出路”的格局

上述情况，基本可以判断，在光伏新能源行业普遍追求提效率、降成本的大环境下，市场期待钙钛矿尤其已看到曙光的单结钙钛矿电池加速量产和应用。但钙钛矿技术在相当长一段时间之内还是一个高技术门槛的行业，不大可能像晶硅行业较容易跨界投资形成产能；此外还有产业链成熟的速度，尤其设备环节在较短时间内较难形成大的产线交付能力，也会限制后面跟随企业的跨越式发展。

在此形势下，“速度决定出路”，产业化进度越快的企业才能抓住行业迭代的先机抢先占领未来的市场；而大量跟随企业或将尚未进入量产即被阻挡在行业门槛之外。随着钙钛矿电池产业化的进程加速，钙钛矿电池组件、即使单结电池，其所具有的更高效率、更低成本等优势，也有可能对光伏行业的市场格局重塑带来比较大的冲击。包括众多初创的钙钛矿企业、晶硅电池原有赛道技术研发能力和实力不济的晶硅企业，以及其他跨界企业，很可能在钙钛矿与晶硅尚未走上叠层电池路线之时即被淘汰出局；在下一轮叠层电池到来之时，可能又将被市场无情淘汰一大批企业。

光伏行业的洗牌，一直在进行。也因此不排除在当前产业化速度最快的几家钙钛矿企业中，未来会诞生出光伏行业新的领军企业。未来光伏行业的重新洗牌和市场格局调整，极有可能发生。

（三）产业化初期的循序渐进可能会走得更加把稳扎实，单结钙钛矿组件有望率先打开市场局面

钙钛矿电池产业化的路线，目前几个头部企业布局的GW级产线出现单结电池组件和叠层电池组件两个方向，这几家企业均各有各的主张。观察钙钛矿企业单结与叠层发展路线之辩，可能其核心点还在产品市场端的“性价比”，即单W功率决定的转换效率，与组件制造成本+下游电站建设增加成本的比较上。

光伏行业有一个基本公式，即：“光伏发电的功率=组件面积 x 效率”。下游电站投资，是按光伏组件的单W功率价格采购，效率越低则需要的光伏组件面积越大。在目前钙钛矿电池效率还不及晶硅电池的情况下，则意味着需要采购比晶硅更大面积的钙钛矿电池组件。一方面对钙钛矿企业来说卖出1W钙钛矿电池，则需要更多的材料和制造成本，亦即单W的钙钛矿电池制造成本更高；另一方面对下游电站投资来讲，使用钙钛矿电池则需要更多的用地、安装更多的光伏支架、更多的电池连接线、以及更多的施工费用。这部分增加费用，则是钙钛矿电池相比晶硅电池需要增加的成本支出。

钙钛矿电池企业要能走出其产业化的道路，必须将效率提升和规模化降本同步推进。只有通过持续研发加快提升电池的效率，通过效率提升来提高电池组件的发电功率；同时亦要通过技术和工艺不断改进成熟，提升产品的一致性和良品率，降低电池组件的制造成本。提升效率意味着组件功率提高，由此也会减少下游电站增加的费用支出，从而实现电池组件成本的下降。

从上述角度，选择钙钛矿与晶硅的叠层路线，理论上其理据是相当充分的。目前几家头部钙钛矿企业M2级单结大面积组件效率已达到18%以上，但离市场晶硅22%以上的效率差距还很大；将18%的单结钙钛矿与晶硅形成叠层，效率可达26%以上，从效率上显然已具备与晶硅TOPCon或HJT电池竞争的优势。但如将单结钙钛矿电池目前中试产线1.2-1.3元/w、GW级量产后0.9元/w左右的成本，与TOPCon或HJT电池组件成本相加，钙钛矿/晶硅叠层电池的生产成本，将大大高于晶硅电池，势将在很大程度上抵消了其效率上的优势。

而且从叠层电池（目前阶段也只能做出四端叠层，离未来理想的两端叠层更加遥远）目前的技术进展看，尚有很多技术和工艺的难点需要突破。业界普遍预期，叠层电池的技术成熟，恐还要5年左右的时间。目前虽已有企业制造出了钙钛矿/晶硅的叠层电池，但在大规模、连续性产线生产上，其产品的一致性和良品率能有多少保证，在目前单结电池组件工艺都需要逐步提升的情况下，直接进入叠层电池生产，恐难以控制最后的产线成本，达不到应有的提效和降本的目的。大量产业发展的实践都显示，有很多创新前面99%的难关都攻破了，最后却倒在剩下的1%上。这1%，往往即是在工艺产线环节。

此外，在钙钛矿电池生产制造的产线设备上，目前专业设备企业与钙钛矿电池研发企业密切协作，尚在持续的开发调试过程中。除极个别钙钛矿企业已初步具备设备整线工艺解决方案和能力外，基本上国内尚未有一家设备企业具备整线解决能力。这一情况，也对钙钛矿电池的加速产业化形成一定的掣肘。在此情况下，提前进入叠层电池的生产制造，恐更难以保证。

根据上述情况，钙钛矿企业在产业化初期，可能先走单结组件量产道路，会更加可靠且更有前途。在跑通单结GW级产线，钙钛矿电池组件生产制造设备工艺整线运行协调顺畅后，通过工艺和工程化能力提高产品一致性和良品率，使钙钛矿电池组件的成本控制达到应有的目标，可能才能走稳钙钛矿电池产业化的道路。从这个角度，当前钙钛矿电池产业化，首先需要解决的应是量产后工艺的成熟和产线运行的协调顺畅。不首先解决这个问题，任何企业都不能获得下一步的发展。

解决了工艺和产线成熟顺畅问题，意味着钙钛矿企业其生产制造的一致性和良品率会有较好的效果，未来电池组件量产后的成本控制力才能更有信心。按钙钛矿电池组件产业链产线短、投资省、生产效率高、材料成本更低，电池组件综合制造成本量产后会有更好的竞争优势；加上努力提高组件效率，以更低的组件成本去对冲短时期内（2-3年）效率不足（两三年内可能还达不到晶硅24%）给下游带来的安装施工增加成本，可能应能与目前晶硅电池比拼；未来3-5年效率提高到晶硅的24%甚至超过晶硅电池，一方面钙钛矿电池成本优势明显，另一方面下游电站的建设成本与晶硅相当，单结钙钛矿电池就会更具市场优势。按照前面与晶硅HJT异质结电池迭代的时间秩序，在未来3-5年钙钛矿电池崛起的时代，很可能会是单结钙钛矿电池担当主力。

技术与产品的迭代，一般比拼的是速度。谁能更快走出产业化的道路，抢先占领市场，才能获得更好的未来。尤其初创企业，如果第一步没有走稳，较长时间卡在产线工艺环节，要么不能很快出产品，要么因产线工艺原因无法连续性大规模生产制造，导致产品的一致性和良率低，克服不了“降本”难关，对企业自身来讲就很不利。钙钛矿企业大多是科技团队创业，没有其他业务支撑。长时间不能“回血”，时间久了就很危险。过去投入HJT异质结电池的部分创业企业就是前例！所以，创新的步子不能跨的太大，仍需要循序渐进。

与此同时，单结钙钛矿企业持续在叠层电池路线上同样下功夫研发实验，在完全突破叠层电池技术、工艺和工程化等诸方面的难题后，在现有产线上增加叠层电池组件相关设备，实现钙钛矿/晶硅叠层电池的技术升级，方能有更好的基础和能力。因此，我们还是看好目前选择单结路线的钙钛矿企业，可能既能赢得当下，更能赢得未来！