钙钛矿电池优势及产业化进展如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/03/01 14:25

钙钛矿电池优势明显,产业化迅速,但存在技术难关。

钙钛矿太阳能电池,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的 太阳能电池。光伏电池从第一代以晶硅为主,第二代以薄膜电池为主,典型代表为 铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)电池,第三代为以钙钛矿为代表的新型太阳 能电池。钙钛矿太阳能电池具备理论转化光电转化效率高、综合成本下降空间大、 产线投资低、生产流程短的优势。

钙钛矿优势有以下几点:

(1)理论光电转换效率高。钙钛矿太阳能电池(PSCs)单结理论最高转化效 率可达 31%,高于晶硅电池的 29.4%。当前量产效率接近 15%,向 18%迈进。长期 来看,叠层将进一步打开效率天花板,其中钙钛矿三节叠层电池转换效率最高可突 破 40%。

(2)钙钛矿电池综合成本低:钙钛矿总成本约为 5-6 毛/W,是晶硅极限成本 的 50%。首先,钙钛矿电池材料占比少:钙钛矿在其组件成本中仅占 5%,而晶硅 电池片在其组件中占比达到 61.2%。硅片的厚度通常为 100-180μm,纯度要求高; 钙钛矿电池原材料储量丰富,可由人工合成,且原料用量少,厚度大概是 0.3μm。 其次,钙钛矿电池能耗低:晶硅纯度需要达到 99.9999%(6-7 个 9),且需要反复提 纯,消耗大量资源。钙钛矿纯度要求 95%,远低于晶硅电池,晶硅单瓦能耗 1.52KWh,钙钛矿单瓦能耗仅为 0.12KWh,只有晶硅的 1/10。

(3)钙钛矿工艺流程简单,产业链显著缩短,产线投资成本低。晶硅电池在 四个不同工厂内分别加工硅料、硅片、电池、组件,此过程需要至少耗时 3 天。而 钙钛矿太阳能电池的生产流程简单,仅需要一条 300 百米长的全自动生产线,就能 实现从原材料光伏玻璃的磨边清洗,到化合物半导体薄膜的制备,再到最后光伏组件成品封装测试的完整生产流程。根据协鑫纳米披露,可在 45 分钟内将玻璃、胶 膜、靶材、化工原料在单一工厂内加工成为钙钛矿组件,产业链显著缩短,价值高 度集中。光伏企业投资 1GW 产能晶硅电池,需要建四个工厂,硅料、硅片、电池 和组件,合计投资金额超过 9 亿元;投资 1GW 产能钙钛矿电池仅需 1 个工厂,投 资金额仅约 5 亿元,其投资强度仅为晶硅的一半。

钙钛矿材料稳定性、大幅面制备及高效率是钙钛矿商业化的主要瓶颈,学术界 和产业界正在针对性的解决。光伏始终是降本为导向,主要发展突破方向可以分为 三个方面:稳定性、大幅面、高效率,因此钙钛矿的发展方向也将沿着安全稳定地 提效降本去突破。

钙钛矿转换效率持续突破。十多年来经过不断的改进变革,钙钛矿转换效 率从最初的 3.8%提升到 25.7%,其他各种结构的钙钛矿电池效率也在不断打破 纪录,各国研究机构对于不同类型钙钛矿电池的电池最高效率进行研究。

扩产迅速,GW 级招标可期。国内著名钙钛矿电池厂商协鑫光电、纤纳光电、 极电光电等开始进入逐步加大产能布局。晟成光伏、德沪涂膜、捷佳伟创、迈为股 份等国内钙钛矿设备厂商印证了钙钛矿行业技术的快速发展和逐步提升的实力。

目前还没有钙钛矿 GW 级产线设备招标,所以参考协鑫 100MW 产线的设备投 资额进行测算,整条产线造价 1.2 亿元,纯设备不含厂房装修。我们假设镀膜设备 占比 70%,涂布设备占比 10%,4 台激光设备一共占比 10%,封装及自动化、检测 设备占比 10%,测算得到:截至 2026 年钙钛矿设备空间共 164.3-189.3 亿元,2026 年钙钛矿设备市场空间预计 103.75-128.75 亿元。