【编者按】十年前，《科学》（Science）杂志评选2013年十大突破，新型太阳能电池材料钙钛矿制成的电池入选。它具备效率高、成本低、制造工艺简单、光谱吸收范围广等优势，一夜之间成为行业关注焦点。
2016年，国内迎来钙钛矿电池创业元年。到2022年下半年，钙钛矿电池已经成为大热赛道，但在经历奥联电子“履历门”事件后热度降温。资本大量涌入下，行业亟需理性态度。在技术上，钙钛矿电池存在多条各有优劣的技术路线，面临寿命、稳定性、大面积应用时的效率损失等痛点，很多原始创新仍然出自国外。
近期，钙钛矿领域多位学术界和产业界人士向澎湃科技（www.thepaper.cn）回溯了钙钛矿电池的冷与热，提出推进产业化的理性思考。澎湃科技特别推出“探路钙钛矿”专题，敬请垂注。
暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授团队制备的柔性钙钛矿光伏组件 微信公众号@暨南大学信息科学技术学院 资料图
去年上半年，投资人问“矿在哪里”；去年下半年，钙钛矿电池赛道大热。今年2月，奥联电子“履历门”事件发酵，钙钛矿电池热度降温。近期，钙钛矿领域多位学术界和产业界人士向澎湃科技（www.thepaper.cn）回溯了钙钛矿电池的冷与热，提出推进产业化的理性思考。能源龙头企业与新势力初创企业入局钙钛矿电池，其中不乏跨界投资，但当前市场预期仍超前，需理性看待行业玩家，同时规避走向商业化量产中的风险。
钙钛矿电池最早从实验室里走出，逐渐从科学性问题变成工程学问题。中国科学院上海光学精密机械研究所（下称上海光机所）薄膜光学实验室主任、研究员邵宇川说，科学的发展就像攀登台阶，在瓶颈期时，新工艺新材料的突然出现或许能让科学水平立马提升，“科学的发展脉络就是这样，当年有机光伏研究了很多年，培养了一批教授。后来钙钛矿的提纯、结晶技术都来自于有机光伏。钙钛矿材料是否能走到最后，这也不一定，但不代表现在的投入是错的，因为在这个过程中积累了对光伏材料的理解、对科研人员的培训。即使钙钛矿没有走到最后，当下一个新材料来临时，积累的科研和产业化力量也可能让我们迅速成功。”
早期创业者教育市场，产业链逐渐成熟
根据公开资料，国内钙钛矿电池产业化的早期先行者包括师从钙钛矿结构电池发明者迈克尔·格拉策尔的昆山协鑫光电材料有限公司CEO范斌。2010年，他和清华大学本科同宿舍的同学在厦门创立厦门惟华光能，这是协鑫光电的前身。厦门惟华光能早期研究有机光伏，2013年转为研发钙钛矿技术。2016年底，协鑫集团并购厦门惟华光能，在苏州成立惟华光能的全资子公司苏州协鑫纳米科技有限公司，范斌任总经理。第二年，协鑫纳米投资7000万元，在苏州建成10兆瓦级别钙钛矿光伏组件中试生产线。2019年底，协鑫光电成立，聚焦钙钛矿太阳能组件研发和生产，协鑫纳米为母公司，范斌任协鑫光电CEO。2020年该公司开始建设100兆瓦钙钛矿组件量产线。
同一时期布局的还有成立于2015年的杭州纤纳光电科技有限公司，成立初期以钙钛矿新材料研发、钙钛矿电池效率提升为研究重点，此后探索钙钛矿批量生产、组件稳定性等商业化核心研究，百兆瓦级钙钛矿规模化产线于去年初建成投产。
钙钛矿电池结构。
早期的创业者们教育了市场，带动了核心设备供应商。耀途资本投资副总裁周俊认为，国内钙钛矿电池创业元年是2016年前后。“五六年前，钙钛矿电池的研究主要集中在小面积电池的高效发电上，国内外高校不停刷新小面积钙钛矿电池光电转换效率的科研纪录，在一平方厘米甚至是芝麻粒大小的面积上追求高转换效率。”彼时国内钙钛矿电池产业链还是一片空白。2022年以后，市场已经达成共识，要把钙钛矿电池做大做稳定，大量资本进来了，产业化配套也完善了，有企业开发大面积钙钛矿电池的涂布装备、蒸镀机，也有企业布局激光划切、封装、透明导电玻璃，产业链逐渐成熟，为后成立的钙钛矿电池组件企业提供“后发机会”。
从事钙钛矿电池技术研发和商业化应用的深圳无限光能技术有限公司（下称“无限光能”）成立于2022年，其创始人兼CEO梁作明显感到，2020年下半年，国内钙钛矿电池逐渐受到资本关注，到2022年下半年钙钛矿电池赛道大热。“头部机构介入，加上去年下半年二级市场热点不多，钙钛矿电池一下子备受关注。市场首先推的是钙钛矿电池的上游设备商，后来覆盖到电池制造端，各大券商的研究报告把市场推得很热。”
去年上半年，梁作在无限光能融资过程中发现，一些机构并不了解钙钛矿，以为这是一种矿物，他们会问“矿在哪里、中国缺不缺”，但到了去年10月，机构更新认知，钙钛矿的科普便不再需要了。但这样的热度并未一直持续，梁作说，从投资端来看，今年2月奥联电子“履历门”发酵后，钙钛矿电池的热度有所降温，投资人变得更加理性。
基于“双碳”趋势、钙钛矿电池的技术成熟度及资本市场对钙钛矿电池的认可，2020年底，梁作与清华大学电机工程与应用电子技术系名涛冠名副教授易陈谊开始筹备创办钙钛矿电池企业。梁作熟悉面板行业的设备、工艺，引进了面板行业的核心工艺技术人员，组建量产团队，2022年注册成立无限光能，目前计划从实验室迈向中试，建立百兆瓦中试线，测试大尺寸组件效率，提升良率，调整产线节拍和稳定性。梁作说，“如果解决这些问题，量产就简单了，只要多做几条产线扩产。”
传统光伏大厂入局，不乏跨界投资
到目前为止，钙钛矿电池产业化吸引了一批传统光伏大厂、知名锂电池企业、高校研究人员和社会资本入局。
今年3月，全球动力电池龙头企业宁德时代“钙钛矿太阳能电池及其制备方法与用电装置”专利公布。宁德时代董事长曾毓群3月份在2022年业绩说明会上表示，钙钛矿电池进展顺利，正按计划推进。
在光伏龙头企业中，隆基绿能钙钛矿/晶硅叠层两端电池效率29.55%、钙钛矿/晶硅叠层四端电池效率25.9%，入选“2022太阳电池中国最高效率结果”。太阳能电池行业龙头企业通威股份4月份在互动平台表示，公司在钙钛矿/硅叠层电池等前沿技术方面的研发取得积极进展，钙钛矿/硅叠层实验室已于2022年内投入使用，小尺寸钙钛矿/晶硅叠层电池实验室第三方认证效率达到27.19%。
5月，2022年度暨2023年第一季度业绩说明会上，晶科能源董事长李仙德表示，背接触电池（BC）与钙钛矿电池都为公司重要在研项目，“目前BC电池已布局中试线，钙钛矿未来是突破晶硅电池效率极限的主要途径，公司将持续关注。”
钙钛矿电池产业化进展（根据公开资料整理）。
能源企业里，据国际太阳能光伏供应链新闻网站PV Tech在2019年报道，中国风电公司金风科技股份有限公司注资成立于2010年的英国钙钛矿太阳能公司牛津光伏（Oxford PV），彼时牛津光伏D轮融资3100万英镑。而牛津光伏的联合创始人和首席科学家是牛津大学物理系教授亨利·斯奈斯（Henry Snaith），斯奈斯等人曾在2013年采用共蒸发方法制备钙钛矿薄膜，形成一种全新的平面异质结电池，效率达到15.4%，引起世界瞩目。2022年12月，牛津光伏宣布已改进其钙钛矿/晶硅叠层两端电池技术，效率超27%，2023年将在德国勃兰登堡量产。
新兴光伏技术钙钛矿电池颇受资本青睐，其中不乏跨界投资。去年12月，协鑫光电宣布完成5亿元人民币B+轮融资，淡马锡投资、红杉中国、IDG资本三家联合领投，川流投资等机构跟投，大股东协鑫科技持续加码。而在一年前的数亿元人民币B轮融资中，协鑫光电投资方之一包括了广西腾讯创业投资有限公司。已经完成D轮融资的纤纳光电，股东包括多家能源类央国企等，如三峡集团、京能集团、浙能集团等。
此外，钙钛矿光电产品研发制造企业无锡极电光能科技有限公司（下称“极电光能”）前身是长城控股旗下蜂巢能源科技有限公司下设的太阳能事业部，2018年初开始预研钙钛矿光电技术，2020年4月独立为无锡极电光能科技有限公司。而长城控股是长城汽车的母公司，2017年底，长城汽车董事长魏建军找到30多年光伏从业经验的于振瑞，希望布局相关光伏项目，后来的于振瑞成为了极电光能的联合创始人和总裁。今年4月，极电光能位于无锡的钙钛矿产业基地项目开工，全球首条1GW（吉瓦）钙钛矿光伏生产线动工。
百花齐放寻路线，度电成本是关键
能源龙头企业与新势力初创企业的布局，钙钛矿电池赛道百花齐放，瞄准单结钙钛矿电池、晶硅/钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池等不同技术路线，聚集地面电站、室内弱光发电、BIPV（光伏建筑一体化）、CIPV（汽车集成光伏）等不同应用场景，从实验室逐步走向中试及量产，推进百兆瓦甚至GW级产线落地。
中国科学院上海光学精密机械研究所（下称上海光机所）薄膜光学实验室主任、研究员邵宇川表示，当前，学术界和产业界针对钙钛矿电池正在探索不同技术路径和应用可能性。不管是国家的科研投入还是资本的投入，都足够撑起业内选择多条路线开展研发。“积极探索、充分竞争是好事，不管是科研端还是产业化，中国都处于国际领先水平。”
“一个产业只有一两个企业在做，这个产业肯定做不起来。”暨南大学新能源技术研究院院长麦耀华2022年8月成立广东脉络能源科技有限公司，推动钙钛矿电池产业化。“2019年、2020年以后，更多玩家进入钙钛矿太阳能电池产业。”他表示，光伏产业需要大家共同努力把蛋糕做大，让产业链更成熟、更完善。
“就像十几年前的晶硅电池市场一样，2005年很多企业在做晶硅电池，到现在仍然有很多企业，排名前20的企业活得都比较好。”麦耀华表示，钙钛矿电池也一样，“不会出现赢家通吃，一下子就走到只剩几个巨头的局面，因为光伏产业在未来二十几年仍是增量市场，市场容量不断增加。”
“去年下半年市场热情高涨，吸引了非常多的团队入局，这是一个新型产业发展初期的正常状态，有利于加速产业的发展，但百花齐放不是产业发展的最终形态。”梁作认为这样的状态最多再持续一两年，甚至今年下半年就会有所改变，“经过一段时间后会慢慢收敛，收敛到少数企业往前推进。”
钙钛矿电池上游核心设备供应商上海德沪涂膜设备有限公司董事长王锦山认为，百花齐放是产业发展的必经阶段，只有这样才能找到最佳路线，但最佳路线是“市场说了算”，尤其是光伏的成本空间小，对价格敏感，因此必须降低成本。
光伏是一个不断降本增效的产业，提高光电转换效率、降低度电成本是光伏产业的永恒主题。包括集中式光伏发电站和分布式光伏电站在内的晶硅电池发电市场本质上要计算投资回报率，其度电成本包括初始的装机成本、后续的运维成本等。“全生命周期的平准化度电成本（LCOE）是一个综合指标。安装在中国西部地区的传统晶硅电池平准化度电成本大约为0.25元/千瓦时，如果钙钛矿太阳能电池的度电成本比晶硅电池更有优势，就可以跟晶硅电池竞争。”但梁作认为三五年内“钙钛矿电池直接和晶硅电池PK（对决）的难度非常大”。
麦耀华团队同样做过平准化度电成本测算，如果钙钛矿电池能够达到18年寿命、18%的转换效率，销售价格达到1.2元/瓦以下，那么钙钛矿电池在度电成本上相比于晶体硅电池就有了优势。
市场预期超前需理性，通力合作降产业链成本
评判一个新兴光伏技术是否有竞争力，需要比较全生命周期的平准化度电成本。而降本增效体现在技术实力上，具体指标包括钙钛矿电池大面积使用时的效率、寿命、稳定性等，这也是当前钙钛矿电池面临的主要痛点。
钙钛矿电池最早从实验室里走出，逐渐从科学性问题变成工程学问题，就像芯片工艺必须经历从14纳米走向7纳米、5纳米这样一条必经之路，钙钛矿电池走向大尺寸、产业化也必须解决痛点问题。“未来努力的方向包括提高钙钛矿电池的寿命、降低成本，注重环境友好性，防止铅泄漏。小面积钙钛矿电池效率已经做得非常好了，大面积的效率还要继续努力。”邵宇川认为，减少钙钛矿电池大面积应用时的效率损失，要从生产的均匀性、工艺的固化等方向努力。目前业内也在努力，通过组分、工艺、溶剂配比以及生产环境的调控，提高生产的稳定性。
任何一种新材料本身都兼具优点和缺点，邵宇川表示，利用优点既能在竞争中筛掉一批材料，也能覆盖自身弱点。“目前硅的成本下降很快，钙钛矿电池要充分利用钙钛矿本身特有的材料优势，才能覆盖掉成本上的弱势。比如利用钙钛矿电池的弱光优势，现在室内光照时间长，消费电子充电需求大，是否可以将两者结合？”
太阳能电池分类。
梁作则呼吁理性看待钙钛矿电池产业化，既要看到充满希望的前景，也要看到发展中的挑战。钙钛矿电池产业化不可能一蹴而就，工艺设备投入成本高，技术路线摸索时间长，冒进对产业化演进并非好方式。他认为钙钛矿电池的产业化进程也会是一个往复波动发展、螺旋式上升的过程。就像中国光伏产业的演进经历了周期性起伏，“第一代晶硅电池从2006年左右开始快速发展。2012年受欧美双反政策影响，光伏行业遭遇巨大打击，几家头部光伏企业相继破产。2013年，国家出台光伏支持政策，行业发展逐渐恢复。直到2018年 ‘531新政’（即《关于2018年光伏发电有关事项的通知》）不再对光伏电站补贴，光伏产业又陷入低迷。”
一路“狂飙”的光伏行业“急刹车”，转机出现在2019年下半年，当时单晶硅电池效率提升，技术成熟，度电成本低。2020年“双碳”目标提出后，光伏产业进一步步入上行周期，“这一轮光伏上行发展由市场化带动，步伐更稳健。”梁作表示，从当前钙钛矿电池产业化发展来看，“市场热情没问题，但市场预期超前。一级市场也好，二级市场也好，要给企业时间和机会。”他将钙钛矿电池的发展比喻成电动汽车，初期市场化应用案例并不多，用户不敢用，需要政府政策支持推动示范性应用。实证案例的验证有利于钙钛矿电池组件企业改进技术和产品。
“我们要对钙钛矿电池充满信心和耐心，钙钛矿是有潜力的好技术，成本低廉，能做到大面积使用。但它不是一个两三年之内就能冲上主流市场的技术，仍然面临一系列问题，钙钛矿不会在明年量产，也不会在后年量产。”周俊表示，目前钙钛矿电池赛道存在一定泡沫，大量资本涌入，需理性看待行业玩家，投资人要寻找真正具有企业家精神、能长期坚持钙钛矿电池技术并实现商业化量产的入局者。
对于钙钛矿电池行业的可持续发展，麦耀华表示，行业里的玩家目前都不是竞争对手，要通力合作，进一步降低设备供应商、材料供应商等产业链成本，制定钙钛矿电池标准，实现钙钛矿电池组件尺寸的标准化和系列化，“未来的组件尺寸不是一个固定尺寸，更可能是一系列适用于不同市场的尺寸。我们应该了解客户的需求，结合上游设备供应商和原材料供应商的能力来选定合适的尺寸。否则就会造成上游设备和原材料的成本增加或者下游安装成本的增加，最后影响整个产业链发展。”
与此同时，麦耀华表示，国外很多研究机构和企业早已开展专利布局。牛津光伏是全世界最早从事钙钛矿电池产业化的企业，也是最早开始做叠层钙钛矿电池产业化的公司，“他们申请了很多相关专利，业内要多加留意，建设好技术护城河，避免专利纠纷，影响技术发展和产业化。”
