钙钛矿室内光伏组件转化效率达到36%

近日，暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授团队获得了独立第三方认证效率超过36%的大面积钙钛矿室内光伏组件，为当前已报道钙钛矿室内光伏组件世界最高转换效率，相关结果发表在Advanced Sciences上（影响因子：17.521），题为“Br Vacancy Defects Healed Perovskite Indoor Photovoltaic Modules with Certified Power Conversion Efficiency Exceeding 36%”。暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授和吴绍航副教授为共同通讯作者，张翠苓博士、刘冲副研究员和高彦艳博士研究生为共同一作，暨南大学为唯一通讯单位。

近几年，钙钛矿光伏技术受到前所未有的关注，其工业化潜力正在被挖掘。钙钛矿光活性层的带隙可调性使其具有室内光伏电池理想的宽带隙（1.7-1.9 eV）。然而，相比窄带隙钙钛矿室内光伏电池，宽带隙电池并未表现出更优的室内光伏性能，这归因于较高的Br含量容易造成VOC亏损。

鉴于此，麦耀华教授团队研究了钙钛矿电池的带隙与室内光伏性能之间的关系，发现除卤化物分离外，钙钛矿吸收层中的Br空位缺陷是限制高VOC的主要因素之一。使用富I碱金属小分子材料处理后，可有效解决Br空位问题。加之弱光对器件的并联电阻Rsh提出了更高的要求，Br空位的补偿对于室内光器件效率的提升具有更加非凡的意义。

在1000 lux的TL84光下，有效面积为12.30 cm2的钙钛矿室内光伏组件获得了独立第三方认证的36.36%的世界效率记录。该组件够在507 lux室内照明下为室内光能收集系统供电，通过传感器监测温度和湿度，并通过蓝牙在智能手机上显示结果。此外，团队指出标准化测试对室内光伏电池健康发展的意义，建议在进行J-V测量之前，预先考虑将S-Q极限与EQE相结合，以评估光伏性能（尤其是容易被高估的JSC）。该工作为钙钛矿技术在室内的商业应用提供了重要的理论和技术支持。

该研究工作得到了国家自然科学基金（62005099，62104082，62105124）、广东省基础与应用基础研究基金（2021B1515120003（粤佛联合重点项目）、2022A1515010746，2022A1515011228）和中央高校基础研究基金（21621024）的支持。

钙钛矿理论转化效率天花板高，未来度电成本有优势

在单层工艺下，各项技术的实验室最高转化效率、理论转化效率极限分别是：

1. 钙钛矿，26.7%，31%（目前已经被打破）
2. 晶硅Perc，24%，24.5%
3. 碲化镉(CdTe)，22%，30%
4. TOPCon，25.2%，28.7%
5. HJT，26.3%，29%

如果考虑叠层工艺，钙钛矿还能够和晶体电池组成钙钛矿晶硅叠层电池，潜在的转化效率空间更高。目前钙钛矿PERC叠层电池的转化效率已经达到26.63%，钙钛矿HJT叠层电池的转化效率达到29.52%，转化效率已经能够突破晶硅电池的极限，相较现在大规模使用的晶硅的转化效率有较大优势。

晶硅组件预计极限成本能降至1.2元/W，换化效率达22%，度电成本在0.25元/W。而钙钛矿预计到2030年的单位价格将有望降至0.6元/W，度电成本将有望低于0.15元/W(按组件25%的转换效率)，生产力上未来确实能够有大幅提升。

钙钛矿光伏组件当前面临的挑战众多，解决还需时日

1. 转化效率：目前钙钛矿终端组件的转化效率低于20%，尤其大幅面组件的转化效率不到18%，与目前晶硅PREC目前22%左右的转化效率有所差距，终端电站采购钙钛矿组件没有任何成本优势
2. 组件幅面小：目前钙钛矿组件幅面相对较小，与目前主流的晶硅组件的幅面大小有较大的差距，直接导致单位面积的投资成本上升
3. 稳定性差，生产工艺要求高：钙钛矿材料本身的稳定性较差，对环境的敏感性高于晶硅，因此对于组件产品的封装要求较高，极大的影响了钙钛矿组件产品的大规模生产和推广，能不能持续使用20年还是存在大大的疑问。
4. 产业验证还需观望：产业的规模还比较小，头部企业产能也还处于主要处于中试阶段，产品在终端的验证数据可以说非常少，所以，大部分终端用户对该技术还处于观望状态。

未来值得持续关注的突破点

1. 电池转化效率的提升：鉴于钙钛矿作为有机无机混合材料，其材料内不同成分的调配、生产过程控制，涉及生产设备的优化、还有公司的工艺水平等均对转化效率有所影响，实际转化效率较理想值仍有巨大的提升空间。
2. 电池寿命和稳定性的提升：钙钛矿本身的稳定性低于晶体硅电池，因此需要产品的配方和工艺进行不断的改良，同时需要有良好的封装材料和封装技术来减少外界对于钙钛矿的影响。

目前布局钙钛矿的企业众多，包括$隆基绿能(SH601012)$ 、$天合光能(SH688599)$ 、 $协鑫科技(03800)$ 等都有明确布局，此外还是众多的钙钛矿创业团队在推动钙钛矿的研发和生产。预计将在2024-2025年前后实现GW级大规模的生产，传导到终端用户还需要时日

钙钛矿赛道上，目前领先的是四支团队

第一，大正微纳，是国内柔性钙钛矿薄膜太阳能电池精密制造的领军企业，目前已获授权及申请专利20余项。大正微纳的首席科学家宫坂力教授为钙钛矿太阳能电池的发明人，并获得2017年诺贝尔化学奖提名。绑定的$杰普特(SH688025)$ 在柔性钙钛矿薄膜切割设备
第二，协鑫纳米，范斌。范斌团队从2010年后就开始了钙钛矿研究，几乎是国内最早进行钙钛矿产业化的团队。绑定的是$京山轻机(SZ000821)$ 子公司晟成光伏，两者合作开发纯钙钛矿设备和叠层电池
第三，杭州纤纳，姚冀众团队。杭州纤纳，姚冀众团队持股约45%，余下55%股份由浙江地方国资以及长江三峡集团投资。
第四，Oxford PV。Oxford PV是欧洲光伏技术的骄傲，由钙钛矿领域的顶级学术权威Henry Snaith领衔，投资者包括Meyer Burger、挪威石油和一些欧洲顶级金融机构，2019年$金风科技(SZ002202)$ 投资了Oxford PV的D轮融资

炒新不炒旧，光伏领域技术难度最高的是钙钛矿电池技术，上一代的晶硅电池、hjt电池、TOPCon电池等电池技术即将被它取代，钙钛矿电池国外已有量产，国内正积极进入量产。
钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%！是目前HJT电池等其他技术类型的2倍！

未来10年钙钛矿太阳能电池渗透率从0增长至30%

2030年钙钛矿太阳能电池设备市场空间约805亿元；钙钛矿太阳能电池应用于电动汽车移动发电电源到2030年的全球市场空间约299亿元，而应用于BIPV所带来的市场增量将达千亿级别。

钙钛矿电池结构简单，制造工艺流程短，生产能耗低，有望成为新一代的光伏技术。邱世梁指出，钙钛矿电池的转换效率最高可达到50%，约为目前晶硅电池转换效率两倍以上。并且，在钙钛矿单片组件成本结构中，钙钛矿占比约5%，玻璃、靶材等占2/3，理论总成本约为0.5-0.6元，仅为晶硅极限成本的50%。

钙钛矿电池原料用量少，不稀缺，其关键技术壁垒将建立在设备端。设备方面，邱世梁认为，钙钛矿主要设备进入验收出货阶段，以晟成光伏（京山轻机子公司）、迈为股份、捷佳伟创为首的国产钙钛矿设备厂商全球竞争实力雄厚。

本土钙钛矿电池厂商产业化进度引领全球，预计2023年钙钛矿太阳能电池总产能将接近1GW。代川指出，随着相关企业逐步攻克钙钛矿电池长期稳定性、大面积制备等关键技术，该技术有望成熟。

钙钛矿电池概念股有

京山轻机：目前已与行业多家钙钛矿电池企业有业务联系和合作，并有产品应用于多个客户端。公司已有部分钙钛矿电池设备出货，并在积极布局其他钙钛矿电池设备并进行了相应的技术储备。拓日新能互动平台表示，钙钛矿技术列为现阶段公司布局重点研发项目之一，相关技术专利正处于申请中，目前在钙钛矿太阳能电池方面公司正处于原有设备使用寿命以及封装等技术试验测试阶段。东方日升目前对于钙钛矿电池的研究方向主要为叠层电池，对钙钛矿相关技术有一定的技术储备。
金晶科技、旗滨集团、南玻A：最新一代钙钛矿电池和HJT等薄膜电池的核心部件TCO导电膜玻璃。TCO导电膜玻璃技术难度极高！TCO导电膜玻璃具有对可见光的高透过率和高的导电率，由于镀膜工艺的难度较高，仅有少数企业实现量产，已知掌握该技术和量产的只有以上三家上市公司。
杭萧钢构：今年年底有规划钙钛矿电池中试线。
捷佳伟创：在钙钛矿镀膜领域领先。连续两次公布获得量产型钙钛矿RPD订单，公司此前已将RPD在HJT和钙钛矿领域进行了产业化布局，21年RPD即已取得钙钛矿中试线订单，钙钛矿整线设备也进入了研发。钙钛矿是高效的薄膜电池，中国科研团队研制的全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率高达28.0%，通过与晶硅电池的叠层可获得40%以上的理论效率，有望成为光伏电池终极路线。包括宁德时代、协鑫光电、无限光能等均进行了布局。钙钛矿电池制造的核心设备包括镀膜设备、涂布设备、激光设备和封装设备，其中镀膜设备价值量占比约50%。捷佳的RPD设备是用于钙钛矿镀膜的关键设备，且具备天然的优势，有望成为主流工艺路线。诚然，目前钙钛矿仍处于发展前期，大规模产业化应用有待进一步成熟，但公司目前已超前布局并该钙钛矿取得关键核心设备领先，未来有望充分受益
金刚玻璃：公司拥有自主研发的异质结+钙钛矿叠层技术。
东方日升：拟建设钙钛矿电池实验线。

拓日新能：钙钛矿技术现为公司重点研发项目之一，相关技术专利正处于申请中。目前在钙钛矿太阳能电池方面公司正处于原有设备使用寿命以及封装等技术试验测试阶段。

浙商证券研报一图梳理钙钛矿领域主要玩家及进展。