钙钛矿电池龙头协鑫集成（腾讯投资协鑫光电）

钙钛矿电池又有了新的动向。

5月14日，钙钛矿光伏技术企业协鑫光电宣布完成数亿元B轮融资，由国内知名机构领投。而根据企查查的信息显示，协鑫光电的股股东变更中，新增了广西腾讯创业，这是腾讯旗下的一家投资公司。

尽管互联网巨头向光伏技术领域投资并不多见，但对于在业内早就备受关注的钙钛矿太阳能电池来说，又似乎不算意外。在主流的晶硅电池效率逼近效率上限的当下，更高转换效率、更低制造成本的钙钛矿电池已经被看作光伏电池的未来。

此前，钙钛矿电池稳定性问题一直制约其发展的一大阻碍，但经过去几年的技术攻关，稳定性已经接近目前的晶硅电池，进而加速了钙钛矿电池的商业化，包括协鑫光电在内的多家钙钛矿企业，都计划在2022年实现钙钛矿电池的量产。

▍钙钛矿——更高效率的光伏电池材料

虽然钙钛矿电池一直被业内所关注，但由于其迟迟没能规模量产，并未被大众所熟知，

这也与钙钛矿本身有关，尽管其在1839年首次被发现时是元素组成含钙、钛、氧的CaTiO3矿石，但其优良的化学性能源于对称的立方八面体晶格结构，拥有该结构的其他元素组成的矿石，也拥有类似的化学性能。

钙钛矿晶体结构

这使得科学界将拥有这种结构的一类材料都称之为钙钛矿，他们通常拥有ABX3的化学式，A一般代表有机胺阳离子，B代表金属阳离子（如铅或锡），X代表卤素阴离子（如碘或氯）。所以目前我们所说的钙钛矿并不是指特定的一种材料。

正是钙钛矿材料的这种特殊结构，使得其拥有比目前主流的晶硅电池更优秀的性能。

我们知道，光伏电池的原理是光伏面板吸收太阳光，使之转化为电能。光伏电池的核心参数之一是将光能转化为电能的效率，光伏面板的材料则是影响效率的最关键因素。

光伏电池原理（晶硅电池）

而决定光伏材料效率转化的则是该材料的“带隙”，这是将电子从材料中释放出来，使其成为电荷载流子在电路中流动所需的能量。

目前，作为主流光伏面板材料的晶体硅，带隙为1.1eV，这意味着来自太阳、能量小于1.1 eV的光子不能释放电子，高于1.1 eV的光子仍可产生电荷载流子，但超过1.1 eV的部分光子能量将以热能的形式浪费掉。

而钙钛矿材料的带隙可达到1.7eV，使得其能够从太阳光光谱中吸收更多的光子，从而释放更多电子，产生更多能量，进而提高光伏电池的转化效率。

钙钛矿电池到底拥有怎样的效率呢？在2021年11月，柏林亥姆霍兹中心（HZB）研发的钙钛矿串联电池转换效率达到了29.8%，创造了至今为止钙钛矿电池最高纪录。

钙钛矿电池结构

要知道，晶体硅太阳能电池的理论极限效率为29.43%，目前工业应用中的量产效率不过才为20%-22%。

更重要的是，钙钛矿材料还能够与现有的晶硅电池组合成叠层电池，从而进一步提升转化效率。研究数据显示，从理论极限来看，钙钛矿电池单层电池理论效率极值可达31%，晶硅/钙钛矿双节叠层转换效率可达35%，而三层电池理论极限可能升值至45%以上，这远远超过目前晶硅电池的理论效率极限。

而事实上，钙钛矿电池不仅仅是拥有更高的转化效率那么简单，其还拥有光伏产业同样看重的另外一个优势——更低的成本。

▍更简单的工艺，更低的制造成本

在光伏领域，效率和成本是影响大规模商业化最为关键的两大因素，钙钛矿电池更高的电能转化效率当然能间接地降低光伏电池的成本，而钙钛矿电池本身更简单的制造工艺同样能再次降低成本。

传统晶硅电池有着更长的产业链和更复杂的制造工艺。其不仅需要硅料、硅片、电池、组件等若干不同的工厂来进行产业分工，在电池片制造上还有复杂的钝化、刻蚀等工艺。

主流的晶硅电池生产工艺

钙钛矿电池则能显著简化制造工艺和产业链分工，和晶硅电池的高温烧结不同，钙钛矿电池主要采用低温溶液法制造，将甲基碘化铅、甲基卤化铵和其他添加剂等材料在溶液中混合在一起，然后将混合物沉积或喷涂在基板上，如玻璃、金属氧化物、柔性聚合物上。

钙钛矿电池主要采用沉积、喷涂工艺

这本身也是和钙钛矿材料性能有关，目前0.5微米厚的钙钛矿薄膜就能实现光电功能的转换，而硅材料则需要200微米。这样的性能甚至使得钙钛矿材料可以通过印刷工艺大面积的制备光伏器件。

这也意味着钙钛矿电池将显著减少原材料的用量，英国钙钛矿企业牛津光伏曾指出，35千克钙钛矿能实现和7吨硅相同的发电量。而且钙钛矿材料对杂质不敏感，通常90%左右纯度的钙钛矿就可以用于制造效率超20%的电池，而晶硅材料纯度必须达到99.9999%以上才能用于制造。

不仅如此，从能耗方面来看，由于不需要过多的高温制造工艺，钙钛矿电池的生产将缩减能源成本。研究数据显示，每1瓦单晶组件制造的能耗，大约是1.52KWh，而钙钛矿组件能耗为0.12KWh，单瓦能耗只有晶硅的1/10。

显然，更低的原料成本、工艺制造成本、能耗成本将使得钙钛矿电池的总体成本相比晶硅电池更具优势。目前，光伏企业投资1GW晶硅电池，需要从硅料、硅片、电池、组件方面合计花费超过9亿元，而根据协鑫纳米披露的数据，其建造的钙钛矿百兆瓦产线投资为1亿元，1GW的投资仅为5亿元，约为晶硅电池的一半。

这使得在晶硅光伏发电已经与火电价格相当的当下，有望再次借助钙钛矿电池的成本优势，实现对火电的大规模替代。

助推这个替代趋势的，当然是钙钛矿电池的规模量产，而这也正是众多企业目前正努力做的事。

▍2022，钙钛矿量产之年

钙钛矿的高效率和低成本优势明显，但过去一直迟迟不能量产的一大原因在于，其极易受环境影响而无法保持性能稳定。钙钛矿很容易受到水和氧气的干扰，导致材料降解，使得电池效率迅速衰减。

这直接影响到光伏电池的使用寿命，相比晶硅电池长达25年的使用年限，早期的钙钛矿电池的运行寿命仅有数个小时，难以在工业应用中大规模量产。

但近年来，经过业界不断改进和提升制造工艺，包括涂布印刷、真空沉积以及更多的精密封装技术，钙钛矿电池的稳定性已经接近晶硅电池，协鑫光电就表示，公司即将下线的产品使用寿命将超过25年。

在此次获得腾讯投资后，协鑫光电表示，资金将用于进一步完善公司100MW钙钛矿生产线和工艺，计划2022年投入量产。

协鑫光电的该条生产线于2020年在江苏昆山开工建设，也正是在2020年，协鑫光电完成了Pre-A轮的1.8亿元融资，主要投资方包括昆山高新创业投资有限公司、湖北凯辉智慧新能源基金合伙企业（有限合伙）、宁波梅山保税港区瑞庭投资有限公司（瑞庭投资），其中瑞庭投资是宁德时代旗下的投资公司。

协鑫光电的前身事实上是创始人范斌在2010年成立的厦门惟华光能，其师从瑞士洛桑高等理工大学钙钛矿结构电池专家Michael Gratzel。2016年，惟华光能被国内的硅料、硅片制造商协鑫科技并购。

据悉，目前协鑫光电生产的尺寸为1m×2m的全球最大尺寸钙钛矿组件已经下线，100MW量产线已在昆山完成厂房和主要硬件建设，预计在2022年工艺和产能稳定后，量产组件产品光电转化效率将超过18%。

协鑫光电钙钛矿组件

尽管目前协鑫即将量产的钙钛矿电池效率还无法达到像实验室内那样的数据，也未达到主流的晶硅电池的转换效率，但其同样表示，基于钙钛矿电池更快的升级效率提升速度，旗下产品效率将很快提升至25%以上，同时成本有望降低到晶硅产品的70%。

其实不仅仅是协鑫光电，国内外的其余多家企业也都计划在2022年开启钙钛矿电池的量产。

2021年8月，全球钙钛矿研究领先的企业牛津光伏就宣布，其已经完成了位于德国勃兰登堡的100MW钙钛矿叠层电池生产线的安装，并有望在2022年开始钙钛矿电池的商业生产。

和国外相比，国内和协鑫光电同台竞技的玩家似乎更多。

今年2月，纤纳光电宣布在浙江衢州的钙钛矿集中式光伏电站一期项目正式开工，装机容量12兆瓦，计划总投资6000万元，并表示首批20MW中试线产品已在小型电站上示范应用，100MW规模化产线即将投产。

纤纳光电成立于2015年，创始人兼CEO姚冀众就读于浙江大学光电系，后从英国伦敦帝国理工学院博士毕业后回国。在2021年1月，纤纳光电宣布完成C轮融资，共计3.88亿元，由三峡资本领投。

此外，还有2021年6月，将总投资60亿元可印刷介观钙钛矿太阳能电池生产基地项目，落户湖北省鄂州市葛店经济技术开发区的万度光能，以及2021年10月完成2.2亿元Pre-A轮融资的极电光能。万度光能是通过挂牌转让承接了华中科技大学武汉光电国家研究中心韩宏伟教授团队研究成果，极电光能则是长城汽车投资控股的企业。

▍结语

作为光伏领域最受关注的技术之一，钙钛矿电池技术的高效率和低成本优势无疑将变革现有的光伏产业。

经过多年的不断研究，众多钙钛矿企业希望在2022年正式开启钙钛矿电池的量产，以加速这场变革的到来。

尽管初始量产效率可能不及晶硅电池，但钙钛矿电池更高的效率上限，能保证其规模量产效率能较晶硅电池大幅提升。

而这有望使得光伏发电成本显著低于火力发电，实现对后者的能源替代，从而加快我国的碳中和步伐。

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