新一代技术加速，巨头押注钙钛矿！
发布日期：2025/8/4
太阳能行业的发展向来波澜起伏，在稳步前进的过程中，不时会出现技术上的突飞猛进。一项创新可能需要数年甚至数十年才能完全成熟，但一旦成熟，变革往往十分迅速，制造商们会争相抢占优势。
该行业此前就经历过这样的模式：从多晶硅晶圆到单晶硅晶圆的转变、双面电池和组件的采用，以及晶体硅（c-Si）和薄膜领域大尺寸光伏面板的推出。
在晶体硅光伏电池中，从P型铝背场（Al-BSF）到发射极和背面钝化电池（PERC），再到N型隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）结构的转变，不仅提高了效率，还降低了太阳能系统的平准化度电成本（LCOE）。
这些里程碑中的每一个都重塑了竞争格局。如今，种种迹象表明，另一场重大的技术变革即将来临——这场变革并非遵循渐进式进步的模式，而是标志着太阳能生产方式的真正飞跃。
钙钛矿光伏正快速发展中自2008年首次被确认为一种光伏材料以来，钙钛矿的效率实现了显著飞跃——从单结器件的仅3.8%提升至25%以上。作为一种薄膜技术，钙钛矿光伏目前正由研究实验室、初创企业和老牌制造商共同研发，这一努力可能会极大地重塑太阳能制造的未来。
在美国，势头正迅速增强，已有超过15家公司积极投资钙钛矿光伏技术，并且它们都取得了显著进展。3月，总部位于圣何塞的Tandem PV完成了5000万美元的A轮融资，新老投资者纷纷注资，其中包括太阳能制造行业资深人士汤姆·沃纳——他曾长期担任太阳能技术先驱SunPower的首席执行官。该公司计划利用这笔资金建设一条商业规模的生产线。Tandem PV报告称其组件效率已达到28%，并计划在年底前实现30%的目标。同样来自加利福尼亚州的初创公司Caelux自2014年成立以来已筹集7500万美元的股权融资，仅2022年以来就获得了5800万美元。该公司目前在帕萨迪纳运营着一条试验线，并且没有独立扩大规模，而是与老牌制造商合作，将其钙钛矿-串联技术推向市场。
知名企业押注钙钛矿在美国有生产业务的老牌制造商在钙钛矿研发方面也进展迅速。2024年12月，Qcells宣布其M10尺寸晶圆上的晶体硅-钙钛矿串联电池效率达到28.6%，创下世界纪录——这是一项令人瞩目的成就，尤其是考虑到该公司表示其仅在一年前才开始商业规模的串联电池研发。与此同时，First Solar在2023年收购了瑞典开发商Evolar，此后将乌普萨拉的设施改造为其欧洲研发中心。2024年，该公司在俄亥俄州莱克镇启用了130万平方英尺的吉姆·诺兰研发中心，其中设有一条全尺寸组件试验线。该设施将支持单结和串联薄膜组件的开发，与First Solar在加利福尼亚州圣克拉拉和俄亥俄州佩里斯堡现有的研发业务相辅相成。在该设施启用时，First Solar首席执行官马克·威德马在一份声明中表示：“薄膜是太阳能行业下一个技术战场，因为它们是串联器件商业化的关键，而串联器件有望成为光伏领域的下一个颠覆性技术。”他指出，中国开发商正在缩小与西方竞争对手在薄膜技术方面的“创新差距”。
去年，First Solar还与德国研究机构ZSW签署了战略合作协议，以推进“全薄膜串联技术”。该机构在薄膜技术方面拥有30多年的经验。这项研究合作涵盖的领域包括串联和薄膜技术所需的“专业表征”。
钙钛矿表征的持续挑战准确的表征和长期耐久性正成为钙钛矿太阳能技术商业化道路上的关键障碍。要让投资者和项目开发商接受这项技术，他们需要可靠的发电量预测，并相信这些组件能够承受现实环境的考验，无论是在屋顶上还是在户外场地中。然而，事实证明，测量钙钛矿光伏的性能具有挑战性。与传统的晶体硅光伏电池和组件不同，钙钛矿对光暴露和IV测试的反应不同，这使得生成一致数据的工作变得复杂。这凸显出迫切需要针对性能和稳定性的标准化测试协议。国际电工委员会（IEC）的一项标准草案（60904-1-4）旨在填补这一空白，它引入了正式要求，例如器件预处理、稳定最大功率输出的测量以及其他超出当前标准的IV参数。
基于LED的太阳能模拟器在钙钛矿太阳能器件的准确表征中发挥着至关重要的作用，原因如下：• 光谱可以精确调整，以匹配钙钛矿光伏的吸收曲线。• 它们适用于长时间的光浸泡，已知这一过程会显著影响钙钛矿的功率输出。• 它们的可调性有助于解决串联器件中晶体硅和钙钛矿电池之间的电流失配问题，从而实现更准确的性能测量。
钙钛矿稳定性仍是主要障碍目前，对钙钛矿太阳能电池稳定性的评估主要集中在光照和高温条件下的加速老化测试——这些条件至关重要，因为光稳定性是任何可行光伏材料的基本要求。美国国家可再生能源实验室（NREL）在这方面处于领先地位，它利用数十年来在晶体硅电池和组件降解机制方面积累的深厚专业知识，来评估钙钛矿器件的实际户外性能。NREL还与桑迪亚国家实验室合作，牵头开展了钙钛矿光伏商业技术加速器（PACT）项目。该项目在一致条件下对来自各行业合作伙伴的钙钛矿样品进行评估，生成关于实际户外稳定性的对比数据——这是推进商业化进程的关键一步。
尽管结果仍然参差不齐，但得益于封装技术和钙钛矿材料本身固有稳定性的进步，钙钛矿组件的寿命已得到显著延长。值得注意的是，首批商用钙钛矿组件已进入市场，其寿命保证超过10年。
然而，基于加速老化测试准确预测长期性能仍然是一个挑战。与前几代晶体硅组件一样，某些降解机制可能只有在实际运行条件下才会显现。因此，需要新的、更具代表性的加速测试协议。随着钙钛矿组件的实地部署不断扩大以及研发工作的持续进行，我们将更深入地了解这些目前未知的降解途径，以及如何减轻其影响。
来源：海外储能星球
