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新2代理网址:太阳能电池“三代目”,钙钛矿电池要成光伏领域的颠覆者?

admin2022-11-1610哈希牛牛

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A股是所大学校,身在其中,股民的知识量也在成倍增长,从非洲猪瘟到半导体产业链,从新冠口服药到房地产政策……每一个领域A股股民都不会缺席。但如果要评选近年来高人气的行业,那么光伏板块想必不会缺少拥趸,太阳能电池通过光电效应将光能转化为电能,是清洁能源的重要组成部分,一句“你相信光吗”总能一呼百应。


从硅料到组件再到胶膜,光伏产业链每一个环节的企业在二级市场都受到过资金的追捧;晶硅电池、TOPCON、HJT,再到今年的钙钛矿,太阳能电池各种概念也层出不穷。


钙钛矿究竟是个什么“矿”?


只听钙钛矿这个名字,难免联想到是如同硅料那样的光伏产业链上游原材料,但根据一些券商研报,以及某第三方研究院从业人员老张告诉银柿财经,钙钛矿其实并不是一种天然矿石,而是ABX3结构化合物的统称,一般为立方体或八面体结构;能作为钙钛矿化合物A位、B位、X位的材质都有很多种,且均可迭代替换,老张还表示,目前钙钛矿化合物的配方并没有完全确定。


浙江大学高分子科学与工程学系“百人计划”研究员左立见博士在与经纬创投访谈中表示,目前市场主流是基于FAPbI3(甲脒铅碘盐)为主体的钙钛矿,再掺一些杂原子进去,构筑的高性能器件。

太阳能电池进化史,“三代目”钙钛矿?


回顾太阳能电池的发展史,到目前为止基本经历了三代产品。根据银河证券研报《钙钛矿-颠覆者or赋能者?》,第一代产品晶硅电池目前最为成熟;第二代薄膜电池以铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)电池为代表,相比第一代具有质量轻、转换效率高的优势,但电池活性层材料昂贵且设备成本高等因素限制其大面积制备和商业化;第三代新型太阳能电池因为凭借材料成本低、效率高、工艺流程短等优势成为产业界和学术界热点,主要包括钙钛矿电池、有机太阳能电池等,而其中钙钛矿电池具有载流子寿命长、带隙可调、光吸收单位宽等优势。


中金公司研报《光伏前沿研究一:钙钛矿如何从0到1?》认为,钙钛矿电池的三大优势在于:更低成本、更高效率、更多应用。


更低的成本体现在单晶硅太阳能级纯度要求在99.9999%,而钙钛矿太阳能级只需95%以上即可,大幅降低了对原料纯度的要求和原料提纯的浪费。理论效率方面,单结钙钛矿电池极限转换效率可达33%,高于晶硅电池的29.3%,多结钙钛矿电池或叠层电池效率更有望突破 45%。实验室效率方面,目前钙钛矿电池的实验室最高效率已经达到25.7%,已经非常接近晶硅电池26.7%的纪录。


时间点到了


时间倒回到2021年8月,高瓴气候变化团队投资了钙钛矿研发厂商曜能科技,这也被看做是一级市场开始关注钙钛矿的一个重要风向标,此后一众追随者开始讲目光转向了钙钛矿领域。


那在高瓴投资之前呢?


首先,资本市场对钙钛矿的缺乏兴致的。


周林,国内最早一批关注到钙钛矿的投资人之一,她的回忆是这样的:“2018、2019年,我们投完时候也跟很多头部机构推了项目,但他们基本上都摆摆手拒绝了,对新能源领域并不感冒。”


与高瓴选择相同,周林在钙钛矿领域布局的第一个也是唯一一个项目也是曜能科技,据悉这家公司的创始人孙于超毕业于清华化工系,同时他也是协鑫光电董事长范斌的师弟。


其次,在2013年,美国《科学》(Science)杂志将钙钛矿评为年度十大科学突破之一,并为它打上“新一代太阳能电池材料”的标签。之后,钙钛矿更是成为了顶刊的宠儿,学术界的新星。


中科创星创始合伙人米磊是在2018年开始关注钙钛矿的,他谈到:“我最早关注到钙钛矿,是因为看到国内外很多科学家在不断刷新钙钛矿的发电效率记录,我当时就想,怎么这个跟撑杆跳一样呢,不断有新的世界记录出来,也感觉到这个行业跟我们之前认识的很多方向不一样。”


这一冷一热的对比,也说明钙钛矿还处于非常早期,更多地停留在实验室阶段。我一个在光伏行业工作的同学也提及,在2017年他读研时,钙钛矿已经非常火了。


其实,在2018年,米磊也是有看了一轮市场项目的,但是碍于当时钙钛矿的技术成熟度和产业化能力,他并没有出手。


周林也谈到,早年间,虽然学术界和产业界对钙钛矿给光伏产业带来的颠覆性效应是有一定共识的。但是由于新能源当时并未受到投资人的关注,投资机构布局较少。


但今年,米磊觉得布局的时间点到了。


于是他和他的团队把市面上的钙钛矿项目都看了一遍,最终在七八家中,选择了仁烁光能进行投资。


而中科创星选择在这个时间点出手钙钛矿项目,是因为看到了光伏主流技术晶硅的天花板:硅基成本和能耗的不断上升,其效率也将很快达到极限。这个时候钙钛矿的价值就变大了。如果晶硅还在高速增长的过程中,那么相对而言,钙钛矿的重要性,就没有那么大。


除了技术迭代方面,在政策端,国家也将碳中和提到了很高的战略位置。


今年8月18日,科技部等九部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022―2030年)》,提出研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术,再次将钙钛矿这一新技术推至聚光灯下。


在去年《“十四五”能源领域科技创新规划》里也已经有了“发展钙钛矿等先进光伏技术”这类的表述。


而国家层面对碳中和这样的重视和规划,也将这个市场的空间打开了几十倍。


最后也是最重要的一点,则是产业化进程的推进。


在仁烁光能联合创始人兼CEO沈承勇看来,当前钙钛矿的产业化已经走到了一个拐点。从学术界来讲,经过不断地研发,很多科学问题基本上已经解决了,那接下来就是工程化的问题,也就是如何把产品尺寸放大,把产线放大。


而实现从实验室到产业的突破需要大量的资本和产业方。


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钙钛矿电池产业化进程加速


2009-2019年,钙钛矿仅用了十年时间就实现了晶硅太阳能电池用六十多年时间才完成的由技术诞生到实验室转换效率突破25%的提升。


2020年以来,学术界继续探索提升技术稳定性、转换效率的机理研究,多项技术的突破使得钙钛矿具备走出实验室、走向产业化的基础。


2022年,国内围绕钙钛矿领域的政策文件、产业落地、投融资活动更为活跃。政策方面,多项国家部委顶层设计文件强调加强钙钛矿等可再生能源前沿技术攻关;产业进展方面,业内耕耘多年的头部领军企业如协鑫光电、纤纳光电均已于今年中率先开始百兆瓦量产中试线的生产调试工作。极电光能、万度光能等新进企业也于今年三季度开始百兆瓦量产中试线的设备进场。


随着多家的持续推进,钙钛矿光伏电池产业化的前景越来越明朗。中金公司预计2023年上半年将是相关企业量产配方、设备验证的关键期。若成功,企业预计将会开始吉瓦级的产线建设。


目前钙钛矿组件处于从0到1的产业化初期,企业在电池结构、材料体系、制备工艺、生产设备上各显神通进行路线验证,力图突破稳定性、大面积制备、效率三角难题。


2022年7月,纤纳光电用于工商业分布式光伏的钙钛矿组件出货,这标志着钙钛矿电池产业化进入落地阶段,同时央企积极参与布局。银河证券表示,目前在建及规划产能近30GW,十四五期间在建及规划产能有望到达50-75GW。


值得注意的是,目前钙钛矿电池产业化效率在16-18%。市场预计,到2023年中试组件效率将有可能达到19%左右。展望远期,单结钙钛矿组件通过规模效应和主辅材国产化,有望最终实现效率25%,度电成本0.255元/度,较晶硅电池的极限低11%,从而提高钙钛矿技术竞争力,打开电站市场空间。


钙钛矿电池具备轻薄、透光性强、短波长吸光能力强、弱光效应好、可在柔性基材上制备的优点。基于这些特征,钙钛矿电池与晶硅电池存在差异化应用场景,其中BIPV(光伏建筑一体化)和CIPV(车载光伏)领域应用潜力最大。


根据中泰证券测算,2025年钙钛矿电池在BIPV领域的装机量可达35GW,对应市场空间1472亿元。

等一个确定的未来


在业内,钙钛矿已经站在了未来的技术趋势当中,很多人也认定其成为下一个光伏产业α。


一方面,从理论极限来看,钙钛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%,而三节层电池理论极限可能升值至45%以上。而如果掺杂新型材料,钙钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%,是目前晶硅电池的2倍左右。


与此同时,不同于晶硅路线要经历硅料、硅片、电池片、组件四个环节方可制备晶硅组件,钙钛矿组件制备仅需单一工厂,且生产过程耗时较晶硅大幅缩短,能耗也大为降低,钙钛矿材料成本占比极低。


另一方面,晶硅作为主流光伏技术,市场份额超95%,尽管发电成本也在持续缓慢下降,但其效率已越来越接近极限,留给晶硅降本增效的空间已经很小。


然而,钙钛矿取代硅的道路并非坦途。


在效率高,成本低的同时,钙钛矿电池还存在寿命短、封装难、产能落地后良率爬坡等问题。一位做光伏研发的从业者认为:钙钛矿很怕水和氧气,虽然技术在进步,但封装仍是一个难点。


需要指出的是,在现阶段布局的厂商也出现了技术分野。


一部分创业者选择了做单结钙钛矿,这个技术难度相对简单,另一部分选择了做钙钛矿叠晶硅,这也是现在传统光伏厂商选择的主流路线,像是晶科、隆基,创业项目中曜能科技也做这个技术,还有一部分选择做钙钛矿叠钙钛矿,比如仁烁光能。


目前,叠层结构被认为是钙钛矿电池进入光伏市场的有效途径之一,但无论哪种路线,做到真正大规模量产至少要五到十年。


虽然现在风口起来了,但技术的更迭还是要遵循产业发展的客观规律,钙钛矿叠层量产化还是需要时间一点点去打磨。


另一位行业观察人士告诉投中网:“我觉得钙钛矿没有大家想象得那么快。现在钙钛矿还在推进产业化阶段,离真正的要算成本账、设备账的阶段还需要很长时间。”


再反观资本层,有人认为,资本之所以开始关注钙钛矿,是因为大家现在没有投资主题,所以只能在新能源里卷来卷去。


资本的助推也让这个冷门的行业开始有了泡沫。“新能源行业的资金量太大了,把很多标的的一些发展预期与估值预期弄得不太匹配了,甚至有点透支。”


这样的热度以至于让一些之前不是光伏或者晶硅行业的小公司开始大肆挖钙钛矿的人,而且给出的薪资水平也明显高。


还有一个细节是,去年很多投资人还都不知道单结和叠层的差别,而今年出奇一致地都要看叠层公司;以前大多数项目都是做单结,四五年前叠层的路线国内只有一家做,今年很多家也都宣称或者尝试转型做叠层。


另外,现在这一代投光伏的人,大部分是从互联网,企服,消费或者半导体行业转过来的,他们可能只看到了热度,没有看到本质,亦或者是没有相关的Sense。


有创业者透露称,很多投资人做完尽调后,第一时间关心的是能拿到多少份额,其次才是产业化的进程。


纵使钙钛矿如今离商用还有些距离,纵使一些保守者对它还充满质疑,但在交流过程中,我能感受到受访者一致的信念,即对钙钛矿属于未来的笃定。


来源:网易财经,银柿财经,投中网

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