钙钛矿,第三代太阳能电池,至今还是好故事吗?

钙钛矿,第三代太阳能电池,至今还是好故事吗?
2023年01月31日 16:29 星空财富bj

作者/星空下的锅包肉

编辑/菠菜的星空

排版/星空下的泡芙

资本市场上,前沿的技术路线总是备受关注,不论是否量产,也不论能否盈利。比如,第三代半导体。再比如,正日益吸睛(jin)的第三代太阳能电池

没错,太阳能电池也已经发展到第三代了。

第一代,是晶硅太阳能电池。常见的单晶硅/多晶硅电池,就属于这一类。典型玩家,隆基绿能(601012)。

第二代,是薄膜太阳能电池。以铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)等化合物材料代替晶硅。典型玩家,汉能薄膜(HK0566)。

第三代,是钙钛矿太阳能电池。利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料,属于一种新型薄膜电池

来源:知乎-鲁班投资

当初,第二代的汉能薄膜,眼见他起高楼,眼见他楼塌了(详见昔日首富被带走?光伏巨头,黯然落幕!一文)。

如今,钙钛矿薄膜电池,前景又将如何?

一、降本增效,看似完美

众所周知,相较于薄膜电池,晶硅太阳能电池一向占据主导地位。从前是多晶硅,现在是光电转换效率更高,且成本已降至更低的单晶硅。

数据显示,2021年,全球晶硅电池市占率高达96.2%。

那么,为什么还会有3.8%的市场留给薄膜电池呢?

因为与晶硅电池相比,薄膜电池成本低,弱光性好(阴天也能发电)。只是,薄膜电池有一项致命缺陷,即光电转换效率低

所以,从市场选择的结果来看,薄膜电池显然没有晶硅电池竞争力强。

不过,近年来,钙钛矿电池的飞速发展,重新点燃了薄膜电池的希望。

事实上,早在2009年,钙钛矿电池就已经出现了。只不过彼时,其光电转换效率只有3.8%,甚至远不如二代薄膜电池材料。

而到2022年,13年的时间,钙钛矿太阳能电池理论光电转换效率已高达33%,采取叠层模式后(钙钛矿可以与HJTTOPCon等晶硅电池组成叠层电池),光电转换效率甚至有望突破45%(数据来源:国泰君安)。

什么概念呢?

晶硅电池,为了突破光电转换效率瓶颈,正在从P型电池向N型电池发展。但是,晶硅电池的光电转换效率理论极限,也就只有29.4%。

也就是说,对于钙钛矿薄膜电池而言,光电转换效率不仅不再是劣势,反而可能是提升效率更前沿的新方向

与此同时,钙钛矿电池,还保留着薄膜电池的优点。

下图是晶硅电池和薄膜电池的产业链对比。其中,晶硅电池各环节独立,从前到后完整耗时,最少需要3天。而钙钛矿电池可在单一工厂内,45分钟走完全程。

来源:天风证券

另外在成本方面,一方面,钙钛矿材料廉价易得;另一方面,钙钛矿设备投资成本低,大约只有晶硅电池的50%。

来源:长江证券

对比晶硅电池,钙钛矿电池既能降本,又能增效。这么一比,堪称完美。

二、性能再好,却有硬伤

钙钛矿薄膜电池解决了二代薄膜电池的痛点,只是,转头又遇到了新的问题。

1►稳定性差

纵使钙钛矿材料千好万好,但真的适合用于太阳能电池吗?

太阳能电池的首要任务,就是常年置于强光照射下。而钙钛矿太阳能电池,在潮湿、光照条件下,稳定性较差,易分解,从而将降低器件使用效率,而且影响电池使用寿命。

据了解,目前国内外MPP稳定性水平(钙钛矿电池在最大光功率输出点MPP处的长期运行稳定性时间)一般在几千小时。而晶硅太阳能电池的使用寿命,一般承诺20或25年

与之相比,钙钛矿电池,寿命缩水了几十倍。这样的钙钛矿电池,还具有成本优势吗?

而且,钙钛矿电池一般为有机金属卤化物钙钛矿电池,其中含有有毒铅元素,对健康和环境也存在潜在危害。

2►大面积难

另外,钙钛矿电池引以为傲的光电转换效率,也只存在于小面积的实验中。

当下,钙钛矿+晶硅叠层这种应用方式,热度持续攀升。日前,北京曜能科技有限公司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%,再次刷新了国内转换效率纪录。

但请注意,这只是实验室做的小面积电池。如果面积放大,将极大增加薄膜制备难度,极易出现制备不均匀、不稳定等问题,降低转换效率。

而产业化必然要朝着大面积方向发展。大面积制造,或将成为制约钙钛矿电池产业化的一大关键。

三、理想丰满,现实骨感

目前,赛道上也有不少玩家,八仙过海,各显神通。

只是理想丰满,现实骨感。

  • 2021年,华能集团实现3500cm2组件面积,但效率只有15.5%。
  • 2022年,极光电能实现效率18.2%,但组件面积只有300cm2,大概就是两三个巴掌大小。

而二级市场被炒的火热的上市公司,实则大部分都停留在技术研发阶段,量产下线寥寥无几。

相比之下,协鑫集团旗下的协鑫光电,无疑算是走在前面的。

2019年,协鑫光电组件实现了1241.16cm2面积,15.31%效率。2022年,协鑫光电建设100MW量产生产线,将组件面积扩大到1m*2m,预计工艺和产能稳定后,量产组件效率将超18%。

但即便是协鑫光电这个成绩,距离晶硅电池仍然相差甚远。而且,这只考虑了效率问题,还没有解决更为致命的寿命瓶颈。

所以,钙钛矿太阳能电池,真的有市场吗?这个问题,恐怕选择颗粒硅、钙钛矿两手抓的协鑫集团,也给不出确切答案。

或许大家都在赌,赌赢了就是下一个隆基,赌输了就是下一个汉能。

注:本文不构成任何投资建议。股市有风险,入市需谨慎。没有买卖就没有伤害。

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