钙钛矿电池的商业化会比许多人想象中要快

“钙钛矿技术的发展大局目前已经很明确很清晰了，看不到这一点的人可能会因此延误进入时机。”对于钙钛矿光伏电池技术的商业化量产，一位回国创业于钙钛矿领域的博士信心实足。

据这位不愿意透露姓名的博士介绍，除了他所在的公司，目前全球范围内多家公司都不约而同提速了钙钛矿电池商业化量产的步伐，其中据说也包括那家中国西部的单晶硅龙头企业在内。“从他们近期暗中的招聘情况来看，应该是已经开始在为商业化试生产做准备了。”

在研发方面，“几乎所有的理工科院校都在开展钙钛矿技术的研究，已经为行业积累了大量的人才。”

他认为，作为中国光伏行业第?次从研发阶段就参与了的光伏发电技术，钙钛矿电池的产业化时机已经逐渐成熟，其商业化发展速度很可能会超过许多人的想象。

原材料决定技术的前景

在他看来，一项技术是否有前途，可以从技术经济性和原材料的易获得性两个方面来进行判断。

“一项新技术的推广，首先要有一个成熟产业的技术作为支撑，正如晶硅电池的产业化有半导体产业技术为基础一样，钙钛矿电池的制造产完全可以采用液晶面板行业的设备和技术，而且对技术和工艺的要求同样也要更低一些。”

也就是说，与晶硅电池使用“降维”了的半导体设备和工艺一样，钙钛矿电池也只需要“降维”的液晶面板生产设备和工艺即可。

其次，原材料不能稀缺。

“钙钛矿是一种化合物电池，其原材料来源于基础化工材料，有多达几万种原材料可供选择，怎么可能会出现短缺问题?”

而相比晶硅电池对硅料的需求，钙钛矿电池对于原材料的需求也要少得多。一块72片电池的晶硅组件对硅的消耗量约为1公斤，而同等面积的钙钛矿电池组件只需要钙钛矿材料2克左右。

稀缺问题之外，在这位博士看来，材料的可突破性对于技术的发展前景可能更为重要。他认为，只有依托于那些具有可设计性和可迭代性材料的技术，未来才有更大的发展空间。

“人类使用材料是从简单到复杂，再到能够设计材料，这是一个终极的路径。”他说，近年来钙钛矿电池的光电转换效率之所以上升这么快，一个最根本的原因，就是因为钙钛矿是一类材料，而不是一种材料。

“而晶硅电池和其他薄膜电池基本上都是一种或几种材料，还很难找到替代。”

“最佳光伏电池材料”

他认为，钙钛矿的晶体结构，决定了其“甚至可以说是目前为止已发现的最佳光伏电池材料。”

他介绍说，钙钛矿的激发肽是三线肽，基肽是单线肽，其载流子在激发之后掉不回来，因为载流子在三线肽和单线肽之间跃迁很困难。而晶硅的激发肽和基肽都是单线肽，载流子激发出去之后很容易掉回来，这导致晶硅对于杂质非常敏感，也正是为什么晶硅电池所用硅料纯度要到六个9以上的原因。

“而钙钛矿对杂质并不敏感，纯度只需要做到90%就足够了，甚至为了增加材料之间的强度，还可以在涂布时主动添加粘合剂、增强剂一类的‘杂质’。”他认为，这无异于是打开了一个巨大的空间。

在转换效率提升方面，钙钛矿也更具空间。

“目前多晶电池的实验室效率是22.3%，PERC电池已经做到了20.3%，只有两个点左右的差距了。而钙钛矿电池的实验室效率是中国科学院创造的23.7%，我们的组件效率目前应该是全球最高的，是15.3%，还有8个点的差距，提升空间很大。”

钙钛矿电池转换效率的提升速度，更是令人感到恐怖。从2012年有科研团队发布第一个钙钛矿电池效率以来，短短六七年就增长到了20%以上。而晶硅技术达到这一效率，则花了几十年的时间。

“即使是现在的实验室效率，也已经超过多晶硅、碲化镉和铜铟镓硒，只仅次于单晶了。如果照这个趋势继续下去，过两三年肯定会超过单晶。”

在更重要的成本方面，按照这位博士的测算，如果量产的钙钛矿组件效率达到18%，其制造成本将只有单晶的一半甚至更低，而由于无光衰等优势，其单瓦实际发电量很可能会多出20%左右，竞争优势十分明显。

商业化的最大障碍

不少人认为，稳定性是钙钛矿技术商业化量产将要面临的最大问题。

“如果你一直关注钙钛矿技术的发展，就会知道，从2019年开始，稳定性就已经不是问题了。”

据他介绍，近两年学术界提出了很多钙钛矿材料的新配方，在实验室条件下，多数配方都能实现连续工作1000小时而衰减低于1%，差一点的也能达到连续工作1000小时衰减低于5%。

“这已经达到了晶硅电池的技术指标”。他说。

就稳定性的其他方面来看，他认为，那其实是晶硅组件和钙钛矿组件的共性问题。“比如封装，技术是通用的，只要晶硅能做好，钙钛矿一样能做好，钙钛矿并不比晶硅更怕水。”

在热稳定性方面，按照国际通行的“双85”检测标准，他们的钙钛矿组件经过连续1000小时的测试，衰减明显低于5%，符合现行国际标准。

在这位博士看来，其实最值得关注的指标是电池的光稳定性问题，因为这直接影响光伏发电项目的长期收益。

“早期的钙钛矿电池配方的光衰确实很严重，电池不封装的话一两个月就完蛋了。这个问题后来在材料上得到解决，从2016年开始我们就随时能做到连续工作1000小时而衰减在1%以内，下一步则是在组件上验证这个结果。”他说，他们正在通过权威第三方机构对上述结果进行验证。

当然，钙钛矿电池的产业化毕竟是一项从头开始研发的工作，不可能完全不存在问题，他并不讳言这一点。

“钙钛矿商业化量产最主要的技术难点，其实是在结晶环节，这类似于拉单晶的长晶过程，但不需要拉单晶那么高的温度。这是一个需要控制晶体按照需要的状态生长的过程，不但要求晶体生长致密、整齐，还要求尺寸大小一致和合适，且相互间没有孔隙。”

在实验室数寸见方的面积上做到这一点并不难，但要在量产时一两平米的面积上如此均匀涂布，则不那么容易。他说，这一步跨越是最难的，加上市场上没有现成的设备和工艺，完全要靠自己一点一点研发和摸索。

“这是整个技术的难点，也是商业化量产的最大挑战。”

不过，“目前组件效率做到了15%以上，已经打开了整个技术的发展空间，稳定性也经过了验证，有了这两点，其实技术发展的大势已经很明确，即使我们做不到，也肯定有其他人能做到。”