钙钛矿商业化前夜：效率竞赛Vs量产难题

随着全球首个商业化运行的钙钛矿地面光伏项目成功并网、全球首次钙钛矿组件空间搭载试验发射任务圆满成功，钙钛矿组件的多元应用场景逐步得到验证，钙钛矿技术迭代也不断加速。

作为钙钛矿组件商业化基石的重要组成部分，效率和量产是业内始终关注的焦点。从效率发展进程来看，仅11月以来，就有协鑫光电、极电光能、隆基绿能（601012.SH）先后四次打破钙钛矿电池光电转换效率世界纪录。但钙钛矿组件的量产速度远未跟上效率持续提升的步伐，大规模量产仍然难点重重。

频创纪录的钙钛矿转化效率意义几何？还有哪些因素阻碍了钙钛矿组件商业化进程？

钙钛矿效率纪录何其多

第一财经梳理了近年来各公司已公开的钙钛矿组件转换效率纪录，据不完全统计，仅2023年就有8家企业的不同产品类目创下新的世界纪录。

“钙钛矿组件效率发布的标准格式应具备类型、效率、面积和认证机构四个要素。”有从事钙钛矿电池生产研发的企业负责人对第一财经表示，行业以此为依据来讨论学术或科研问题，才是正道。

从上述表格可以看出，创新钙钛矿组件效率纪录的产品，四个要素各有不同。

先看效率要素，钙钛矿组件效率一般分为转换效率和稳态效率。其中，稳态效率是转换效率的升级模式，即组件在较长时间中持续输出稳定的功率。

2023年12月，经国际权威检测机构JET认证，极电光能研发的810.1cm²大尺寸钙钛矿组件稳态效率达到19.5%，稳态效率持续时间为300秒。

效率=功率÷面积，钙钛矿组件从不足0.1cm²到20000cm²的面积跨度，对转换效率有较为明显的影响。而钙钛矿组件面积也可分为三类，分别是：包括边框在内的整个组件的全尺寸面积、将边框等遮挡面积去掉的孔径面积、排除死区面积只保留有效部分的有效面积。

面积理论上应该越大越好，但小面积产生的转换效率是一个必然的起点，可以在配方和工艺上起到一定的方向性指导作用，进而继续放大，从实验室跨到中试线、大试线。“真正商业化之前一定是看全尺寸面积的转换效率。”上述负责人称，而且商业化的组件面积要有明确的长和宽。

协鑫光电目前主攻大尺寸钙钛矿组件，2023年11月，该公司推出的1米x2米钙钛矿单结组件光电转化效率达到18.04%，再度打破世界纪录。纤纳光电和极电光能的0.6米×1.2米的组件也可归类于大尺寸钙钛矿组件。

钙钛矿电池厂商一般如何选择认证机构？如何申请纪录？不同的认证机构又有何不同？为什么破纪录不一定会出现在世界纪录表中？

据第一财经了解，厂商选择认证机构，主要看价格和权威性。行业内公认的权威检测机构包括海外的JET、NREL、TUV南德等，以及国内的中国计量科学研究院等。这些认证机构在设备精确度方面会略有不同，收费价格也不一样，比如TUV莱茵检测费用为几万元到十几万元不等，但是权威性都是有保障的。“企业会自己测好样品，然后送到认证机构，拿到报告，择日披露。”上述负责人表示。

然而，并不是所有打破世界记录的钙钛矿组件效率都会登上《Solar cell efficiency table》 (太阳能电池效率表)等世界纪录表单。这是因为世界纪录表中多为实验室规格数据，用于学术界的考量，而未登表的效率多为商业化指标。

据悉，《Solar cell efficiency table》世界纪录表单中记录的数据多为器件级别，以微小尺寸为主，1cm²即为大面积，高校等研究机构是以刷效率为目标，面积并不是着重追求的方向。另一家钙钛矿企业负责人也曾对第一财经表示，太阳能电池效率表和NREL的《太阳电池最高研究效率图》几乎没有大组件和商用组件的赛道。

纪录易破商业化挑战仍多

钙钛矿电池转换效率不断提升，“晶硅电池效率的终点是钙钛矿电池效率的起点”这句话正在逐步得到印证。但就目前而言，作为商业化的重要考量之一，钙钛矿组件的实际量产效率距离上述获认证的实验室或商用效率数据仍有一定差距。

钙钛矿组件实际量产效率和实验室效率之间存在显著差距，这不难理解；从商用组件来看，18%的转换效率被视为单结钙钛矿商用电池的一个重要门槛。

极电光能表示，商用钙钛矿组件效率突破18%对于钙钛矿行业来说有着特殊的意义。因为根据推算，由于钙钛矿组件温度系数低、弱光发电能力强，若效率达到18%，其实际发电量已经可以比肩传统晶硅组件。此外，18%的钙钛矿单结组件转换效率是叠层组件转换效率达到26%的基础。

上述负责人认为，以18%效率的单结钙钛矿组件产品去推向市场不具备市场竞争力，因为晶硅N型TOPCon的平均量产效率为22%、23%左右，“将26%转换效率的钙钛矿叠层产品推向市场，有相当一部分顾客是愿意买单的，因为接下来度电成本的下降不是靠降低采购成本，而是通过提升转换效率。钙钛矿叠层效率若稳定在26%，就有商业化的意义了。”

当前单结商业化组件转换效率达到18%的企业除了协鑫光电，还有极电光能。2023年11月，极电光能1.2米x0.6米商用尺寸钙钛矿组件全面积效率达到18.2%，对应的最大功率131.07 瓦，孔径面积效率高达19.55%。

但钙钛矿商业化还需两大关键因素的突破。极电光能董事长于振瑞近日在2023年光伏行业年度大会上表示，一是大面积下的效率提升，二是达成并验证25年寿命。

大面积制备是目前钙钛矿电池面临的主要难题。多家钙钛矿企业相关人士表示，小面积冲效率用的材料和制备方法成本很高，和实际量产完全不一样，没办法照搬。上述负责人也称，当微小尺寸的钙钛矿组件达到较高效率节点时，放大到10cm²、100cm²时会发现原先的工艺方法是没办法使用的，不具备未来商业化或量产的可能性。”

其次，钙钛矿组件的稳定性和寿命仍存在较大缺陷。钙钛矿稳定性受到材料、温度、适度、光照等因素的影响，容易造成组件效率降低甚至失效。

“稳定性需要长时间的实证项目证明，而现阶段业内其实都没有在大尺寸上实现稳定性的突破。”上述负责人也表示，之前大家觉得实现5分钟稳定输出就是稳态效率，但是回到商用场景中，5年都不一定算是稳态。

稳定性决定着钙钛矿电池的使用寿命，理论而言稳定性越高，寿命越长。

此前，华中科技大学据称能够做到钙钛矿连续工作9000个小时不衰减。但此前有钙钛矿企业研发负责人对第一财经表示，该情况可能是实验室中的很小的面积，并在非常理想的情况下进行的假设，和经过IEC标准认证的产品有着天壤之别。

据悉，钙钛矿电池的T80寿命（效率下降到初始值的80%）约4000小时，澳大利亚新南威尔士大学工程学教授马丁·格林表示，钙钛矿制造商需要证明电池板的使用寿命为25~30年，现阶段距离这一行业标准相差甚远。

“不管是实验室还是商用，最终还是看产品好坏。”上述负责人表示，还是要先把产品质量和口碑做上去，追求大面积量产一定是最终的目标，因为大面积量产直接决定产品能否快速降本，但前提是效率一定要达到一定的值，面积一定要达到商用尺寸。