钙钛矿：技术趋动光伏产业发展 | 高瓴 Insight

   根据国际能源署数据，2020年全球新增光伏发电装机达到139GW，累计装机达到760GW，光伏发电占全球总发电量的3.7%。 其中，中国新增装机48GW，累计装机253GW，是全球最大的光伏发电应用市场。

在制造端，中国的多晶硅料、硅片、电池片和组件产量均连续多年稳居全球首位。 预计到2050年，全球光伏累计装机将超过12,000GW，发电总量占比将超过25%。

光伏组件是光伏发电系统的核心部件，能够将太阳能直接转化为电能。能量转换效率是光伏组件的核心技术参数，更高的转换效率是光伏技术研究和产业发展不断追求的目标，是光伏发电成本持续下降的源动力。

应用晶硅技术产品的市场占有率超过96%，其他4%为薄膜技术。已经量产的薄膜技术包括碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）。相对于薄膜技术，晶硅技术的量产成本更低，转换效率更高，是光伏产业的主流。

钙钛矿材料在光伏产业的应用主要有两个技术方向： 单结和叠层。 单结钙钛矿技术与其他薄膜技术相似，预期转换效率低于传统晶硅技术，但制造成本有望低于目前已产业化的薄膜技术。 钙钛矿与晶硅相结合的叠层技术兼具高转换效率和低制造成本的优点，有望成为未来光伏产业的技术发展方向。

钙钛矿被产业认为是极具潜力的下一代光伏材料，全球在钙钛矿光伏技术的的产业化进程中齐头并进，中国目前在晶硅全产业链的材料、装备、产品制造和系统集成 应用等细分领域均处于世界领先地位。

高效光伏技术的开发是国家中长期科学和技术发展纲要、“十四五”规划、“3060”碳达峰与碳中和等目标实现的重点任务。 现有的商业化光伏技术由于受材料、工艺及器件结构、工作原理的限制，其效率提升和成本降低的空间有限，难以满足未来光伏行业对廉价太阳能电能的需求。 为此，迫切需要发展下一代新型太阳能电池，破解在廉价的条件下实现高效稳定的光伏器件难题。

与传统晶硅太阳能电池相比，钙钛矿光伏电池的工艺简单，设备和制备成本更低，且有着极低的单位能耗，可以有效降低度电成本。 目前钙钛矿太阳能电池尚在产业化初期，主要瓶颈在于长期稳定性和大面积制备工艺。

根据钙钛矿光伏电池的结构区别，可将电池类型分为三条主流技术路线 ：钙钛矿单结电池、四端和两端钙钛矿/晶硅叠层电池。光伏电池的基本原理是在半导体材料中通过光照产生光生载流子，并通过选择性传输层将电子和空穴分离并产生电压和电流，从而实现光子的能量转换，但三者的器件结构和对光子的利用率有较大的区别。

1、钙钛矿单结电池 ：

国内外已有数家企业进入中试阶段，大面积组件的效率在15%以下，目前和晶硅组件的效率依旧相差甚远。钙钛矿组件的造价未来在大范围量产后预计会略低于晶硅组件。由于其目前较低的效率，度电成本未来仍可能高于晶硅组件。但值得注意的是，钙钛矿单结组件可以切入细分的领域，例如BIPV，柔性组件或者空间应用。

2、四端钙钛矿/晶硅叠层电池:

叠层太阳能电池技术旨在突破单结太阳能电池的Shockley–Queisser极限（例如晶硅的理论极限小于30%），在高效转换光子能量的基础上将理论极限推至40%以上。其中四端叠层将晶硅电池和钙钛矿电池分开制备，仅在组件端进行整合。目前产业界仅有试验性的尝试，还未进入中试阶段。

3、两端钙钛矿/晶硅叠层电池:

和四端叠层电池相比，两端叠层电池在成本上的优势更明显，首先可以减少一层透明导电电极的制备，其次良品率由于单片电池面积的急剧减小而大幅上升，同时两端叠层的理论极限上限也相对更高。虽然叠层组件制备成本会比晶硅组件略高，但由于其更高的能量转换效率，度电成本会更低。目前产业界有英国的牛津光伏进入中试阶段。

光伏发电产业链上游由光伏电池相关原材料组成，包括硅料、多晶硅、单晶硅等；中游则是电池片、电池组件的生产或系统集成；下游为光伏发电的应用，包括集中式的大型区域性地面光伏发电系统，和企业厂房园区房屋屋顶使用的分布式光伏发电系统。

在功能性材料领域，高瓴投资了研一新材，其以锂电池新型功能材料为核心业务，聚焦“太阳能光伏+锂电/硫锂储能”等新能源领域，开展相关材料的研发合作。在组建材料领域，高瓴投资的永臻科技，在镁铝合金生产及加工行业处于国际领先优势，公司建有10条铝合金太阳能光伏边框生产线，专注成为太阳能应用解决方案行业的领导者。在钙钛矿电池领域，高瓴投资了曜能科技，曜能科技是全球最早进行钙钛矿太能能电池产业化研发的研发团队之一，专注于钙钛矿/晶硅叠层电池工艺和材料稳定性提升等核心技术，进一步降低光伏发电成本。

 По данным Международного энергетического агентства, к 2020 году во всем мире было создано 139 новых фотоэлектрических генераторов, в результате чего общее количество таких генераторов достигло 760 ГВт, а на фотоэлектрические генераторы приходится 3,7 процента общемирового объема производства.  среди них, Китай добавил 48GW, совокупный генератор 253GW, является крупнейшим в мире рынок фотоэлектрических приложений. 

 В конце производства, Китай поликристаллический кремний, кремниевые пластины, батареи и компоненты производства последовательно на протяжении многих лет занимал первое место в мире.  Ожидается, что к 2050 году совокупный объем производства фотоэлектрических установок во всем мире превысит 12 000 ГВт, а общий объем производства превысит 25 процентов. 

 фотоэлектрические компоненты являются центральным элементом фотоэлектрической системы, способной преобразовывать солнечную энергию непосредственно в электрическую.  эффективность преобразования энергии является основным техническим параметром фотоэлектрических компонентов, более высокая эффективность преобразования является целью исследований и промышленного развития фотоэлектрических технологий, является движущей силой устойчивого снижения стоимости фотоэлектрических генераторов. 

 применение технологии кристаллического кремния занимает более 96% рынка, а остальные 4% - технологии тонкой пленки.  В число произведенных пленочных технологий входят теллуристый кадмий (CdTe) и медный индий галлий (CIGS).  по сравнению с технологией мембраны, технологии кристаллического кремния стоимость производства ниже, конверсия эффективность выше, является основной отрасли фотоэлектрических. 

 в области фотоэлектрической промышленности применяются в основном два технических направления: однопереходный и многослойный.  технология монолитного титаната аналогична технологии других пленок, и ожидается, что эффективность конверсии будет ниже, чем традиционная технология кристаллического кремния, однако затраты на производство, как ожидается, будут ниже, чем в настоящее время промышленные технологии пленок.  технология залегания кальция титаната и кристаллического кремния, сочетающая преимущества высокой эффективности конверсии и низкой себестоимости производства, может стать будущим технологическим направлением развития фотоэлектрической промышленности. 

 В настоящее время китай занимает лидирующее положение в таких сегментах промышленности, как материалы, оборудование, производство продуктов и комплексное применение систем в кристаллическом кремнии. 
 разработка эффективных фотоэлектрических технологий является одной из приоритетных задач национальной программы средне - и долгосрочного научно - технического развития, программы "четырнадцать пять", программы "3060" углеродных пиков и углеродной нейтрализации.  Существующие коммерческие фотоэлектрические технологии в силу ограниченности пространства для повышения эффективности и снижения себестоимости из - за ограничений на конструкцию материалов, процессов и приборов, затрудняют удовлетворение спроса на дешевую солнечную энергию в фотоэлектрической промышленности в будущем.  для этого необходимо срочно разработать новые виды солнечных батарей следующего поколения, решить задачу достижения эффективной и стабильной фотоэлектрических приборов в доступных условиях. 

 по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными батареями, известково - титановые фотоэлектрические батареи просты, оборудование и приготовление дешевле, а также с очень низким удельным потреблением энергии, можно эффективно снизить затраты на электроэнергию.  В настоящее время кальцититановые солнечные батареи находятся на ранней стадии индустриализации, основные узкие места в долгосрочной стабильности и крупномасштабной технологии приготовления. 

 в зависимости от конструкции фотогальванических батарей на кальцититанате типы батарей могут быть разделены на три основных технических маршрута: Одноступенчатые батареи на известковых титанатах / кремниевых слоистых элементах с четырьмя и двумя концами.  основной принцип фотоэлектрических элементов заключается в том, что в полупроводниковом материале фотоэлектрические носители генерируются фотоэлектрическим излучением, а электроны отделяются от дырок и генерируют напряжение и ток, что позволяет преобразовывать энергию фотонов, но при этом структура приборов трех из них отличается от степени использования фотонов. 

 1. Одноступенчатые элементы на кальцититанате: 

 уже несколько предприятий в китае и за рубежом вступили в этап промежуточного испытания, большая площадь эффективность сборки менее 15%, и эффективность кристаллических и кремниевых компонентов по - прежнему сильно отличаются друг от друга.  Ожидается, что цены на известково - титановые сборки в будущем будут несколько ниже, чем цены на кристаллические кремниевые.  из - за его нынешней низкой эффективности затраты на электроэнергию в будущем могут быть выше, чем на кристаллические кремниевые компоненты.  Вместе с тем следует отметить, что компоненты с одним переходом на кальцититанит могут быть подключены к сегментам, таким, как BIPV, гибкие компоненты или прикладные космические программы. 

 2, четыре конца кальция титанат / кристаллический кремниевый слоистый элемент: 

 технология многослойных солнечных батарей предназначена для преодоления пределов Shockley - Queisser для одноузловых солнечных батарей (например, теоретический предел кристаллического кремния составляет менее 30%), а теоретический предел - более 40% на основе эффективной конверсии фотонной энергии.  в четырех из этих торцевых слоёв кристаллические кремниевые батареи и известковые титановые батареи изготавливаются отдельно и интегрируются только в конце агрегата.  В настоящее время в промышленности есть только пробные попытки, которые еще не вступили в стадию испытаний. 

 3, обе стороны кальция титанат / кристаллический кремниевый слоистый аккумулятор: 

 по сравнению с четырёхслойными батареями преимущества двухслойных батарей являются более очевидными с точки зрения затрат, во - первых, можно сократить подготовку одного слоя прозрачных токопроводящих электродов, во - вторых, хорошая производительность значительно повысилась из - за резкого сокращения площади одиночных батарей, а теоретический потолок в обоих слоях является относительно высоким.  Хотя расходы на подготовку многослойной сборки немного выше, чем кристаллический кремниевый модуль, но из - за его высокой эффективности преобразования энергии стоимость электричества будет ниже.  В настоящее время в промышленности находится Оксфорд фотовольт Великобритании, вступающий в стадию испытаний. 

 в верхней части цепи фотоэлектрической промышленности состоит из материалов, связанных с фотоэлектрическими элементами, включая кремний, поликристаллический кремний, монокристаллический кремний и т.д.;  среднее плавание является производство аккумуляторных пластин, компонентов батареи или интеграция систем;  применение фотоэлектрической энергии в нижнем течении реки, включая централизованную крупную районную земную фотовольтную систему, а также распределенную фотовольтную систему, используемую на крыше здания здания здания здания завода. 

 в области функционального материала, высокотехнологичные инвестиции в разработку нового материала, в основе которого лежит новый функциональный материал литиевых батарей, сосредоточен на таких новых областях энергии, как "солнечная фотовольт + литий - электричество / энергия хранения серы лития", сотрудничество в разработке и разработке соответствующих материалов.  в области образования материалов, высокотехнологичные инвестиции из стратегически выгодной ситуации, в отрасли производства и переработки магниевого алюминия лидирует на международном уровне, компания имеет 10 алюминиевых сплавов солнечной фотоэлектрической линии линии, чтобы стать лидером отрасли применения солнечной энергии решения.  в области кальцититановых батарей, высокотехнологичные инвестиции в обсидиановые технологии, обсидиановая технология является одной из первых в мире в области исследований и разработок в области технологии кальция титана / кристаллического кремния слоистого элемента и повышения стабильности материалов, такие основные технологии, как кальций титанит / кристаллический слоистый батарей, и дальнейшее снижение стоимости фотоэлектричества.