宝馨科技入局光伏“顶流”,上市公司扎堆,量产之后将成第二个晶硅

细说光伏 2022-09-05
4270 字丨阅读本文需 10 分钟

入局钙钛矿太阳能电池的上市公司又多了一家。

8月30日晚,宝馨科技公告,公司拟与苏州大学特聘教授彭军、杨新波签订《项目合作框架协议》,双方后续将设立项目公司,从事钙钛矿太阳能电池和钙钛矿-异质结叠层太阳能电池及生产设备的研发、制造,计划未来3年内完成GW级稳定量产产线建设。

江苏宝馨科技股份有限公司成立于2001年,以智能制造和新能源为主攻业务。2022年上半年营收3.8亿元,同比增加12.01%,归属上市公司股东的净利润1605万元,同比减少49.26%

钙钛矿电池主要分为单结钙钛矿电池及叠层钙钛矿电池,其中叠层电池发展较快,并且可分为晶硅钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池和铜铟镓硒钙钛矿叠层电池。

由于其具有成本低、效率高、工艺简单且可柔性制备,已成为当前光伏领域“顶流”。

连同宝馨科技在内,目前已有至少16家上市公司展现了对钙钛矿的兴趣。其中,宁德时代、协鑫科技、杭萧钢构已经进入搭建生产线或者中试线的环节。

不过,对于钙钛矿的商业化空间是否就此打开,市场仍有争议。“如果钙钛矿电池技术真的已经成熟到可以进入商业化大规模生产的范畴,那为什么没有看到组件行业前四名的企业开始启动生产线的建设呢?”江苏某光伏组件企业的高管如是对《华夏时报》记者表示。他认为,三到五年内钙钛矿电池并不会有明确的商业空间。

1、钙钛矿电池的优点

钙钛矿最明显的缺点就是它还没有量产:也就是说在还没有真正实现量产的时候它从设备到材料的体系到工艺,它都有一些不确定性。这些不确定性中有一些环节相对好一点,比如 PVD 、激光这些在面板行业和传统薄膜光伏行业都有参照;但钙钛矿的结晶工艺是一个全新的工艺过程,是在别的行业里边找不到类似的东西,所以就会带来很多不确定性。

但是钙钛矿的理论效率可以达到33%,而晶硅的理论效率只有29.3%。所以从理论上讲,钙钛矿的效率会比晶硅高2-3个点。现在晶硅的实验室效率停留在26.7%,可以预期钙钛矿的实验室效率单结大概会停留在29%左右。

现在晶硅行业的组件最高的效率大概是22%多一点,这里其实仍经常有一个误会,就是异质结电池有24%多量产,但是它的组件量产其实只有22%多,这才是一个可比的东西。钙钛矿因为它没有电池这个环节,所以其实我们在商业化生产的时候,钙钛矿生产出来就是组件。

所以如果以这个可比的数字来看,晶硅实验室最高效率达到26.7%,晶硅的量产最高达到22%,中间大概有4个多点的差异。可以由此预期钙钛矿的实验室会达到29%,它在稳定阶段就是大规模量产阶段,它的量产组件效率应该能达到25%左右。就一般认为晶硅的组件效率是很难突破23%的,而钙钛矿的组件效率应该可以达到25%;因此钙钛矿从长远看它会有一个效率的优势,这是第一点。

第二点就是它的成本。因为钙钛矿的整个生产过程工艺温度都很低,比如说像我们的产线上工艺温度最高不会超过120度,而晶硅我们知道前端有很多1000多度的高温,比如说像做硅料,还有后面的拉晶切片都是要到1400度以上;所以晶硅的整个生产能耗是远远高于钙钛矿,加上后端组件化的便利程度钙钛矿优于晶硅,所以最终钙钛矿应该能够实现5-6毛钱左右的组件成本;这个组件成本大概会比晶硅的成本下限还能够低40%-50%;所以说成本上钙钛矿相对于晶硅也是有明显优势的。

最后一个是它的稳定性。稳定性的这个问题我们是得展开说一说,就是有一些直观的看法认为钙钛矿的稳定性不如晶硅,其实这个未必是事实,这个事情的出发点是有人认为晶硅是金刚石结构所以它可以扛到1400度才溶解,而钙钛矿是离子型的晶体,在两三百度就会分解,所以有些人认为晶硅就一定会比钙钛矿稳定,但其实未必能够推导出这个结论。因为我们在地球表面使用光伏组件我们面临的温度是85度以下的工作温度,对于 85 度以下的工作温度要求其实200多度和1400多度是等效的,所以未必能够从这一点推出钙钛矿稳定性不如晶硅。

钙钛矿反而有一个非常明确的优势就是它对于杂质有很高的容忍度。用于做太阳能电池的钙钛矿材料其实往往只有1个9或两个 9 的纯度,这个纯度要求比晶硅的6个9到7个9是低的非常多。因为钙钛矿对于杂质的高容忍度,它把很多晶硅里面的衰减路径给切断,比如说我们知道晶硅的LID是来自于像硼元素的扩散,晶硅的PID 是来自于钠离子往硅片的扩散,这些杂质的扩散其实都是pbm 级别,就是百万分之一级别的。然后这些扩散在钙钛矿里面可能都会有类似的机制,但是因为钙钛矿对于杂质的容忍度可以达到1%以下这样的级别,所以这些杂质的扩散在钙钛矿上不会造成任何的影响。所以从原理上讲,钙钛矿对杂质的高容忍度也决定了它其实会斩断晶硅大部分的衰减路径。

把这三点综合起来看,钙钛矿的效率会高于晶硅,钙钛矿的成本会显著的低于晶硅,钙钛矿的稳定性不会比晶硅差;也就是说实际上只要解决好量产的工程问题,钙钛矿相对于晶硅几乎是没有弱点。

2、材料与电池组件重点公司

(1)隆基绿能:钙钛矿相关专利20项

(2)天合光能:已开发钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳电池实验室效率达到29.2%

(3)宁德时代:钙钛矿光伏电池研究顺利,正在搭建中试线

(4)杭萧钢构(合特光电):预计 2023 年 5 月投产 100MW 异质结钙钛矿叠层电池中试线

(5)东方日升:2022 年投建钙钛矿及叠层电池试验线

(6)锦江集团(泰州锦能):2021 年 11 月公司投资 20 亿元建设钙钛矿/铜铟镓硒叠层电池研究院、生产线、光伏电站及配套设施,目标量产转换效率 22%以上

(7)金晶科技:钙钛矿电池TCO玻璃国产龙头

(8)亚玛顿:TCO玻璃

(9)隆华科技:靶材

涂覆重点公司:德沪涂膜

镀膜设备重点公司:京山轻机(晟成光伏)、捷佳伟创、众能光电、湖南红太阳、合肥欣奕华

激光设备重点公司:众能光电、迈为股份、帝尔激光、大族激光、杰普特

除此之外,还涌现出一大波新锐企业,他们的速度更快,进展更迅猛,成绩更加显著,而且绝大多数得到了资本重金出手,火热程度不言而喻

(1)协鑫光电

公司成立于2020,以瑞士EPFL博士范斌为带头人,控股股东为保利协鑫光伏系统集成有限公司全资子公司协鑫纳米科技,最早可追溯至 2010 年成立的厦门惟华光能,2016年被协鑫集团并购,成立协鑫纳米科技

2022年5月,公司宣布完成数亿元人民币B轮融资,将用于进一步完善公司100MW钙钛矿生产线和工艺, 预计2023-2024 年开始投建 GW 级产线,2025 年规模提升至 5-10GW,最终效率会达到 25%

(2)无限光能

主要承接清华大学的科研成果,采用真空气相沉积的钙钛矿薄膜制备技术,最新在 1cm2 和 14.4cm2 的大面积器件上分别实现了 23.44%和 19.87%的光电转化效率

预计 2022 年 Q3 完成试验线建设,下一步启动 10MW 级中试线建设,目标效率大于 20%

2022年6月,公司完成数千万元天使轮融资

(3)极电光能

公司脱胎于长城控股集团,全球钙钛矿领域顶级专家、国际知名院士M.K.Nazeeruddin教授为首席科学家

150MW 产线预计 2022 年 9 月首片下线,预计 2023 年开始 GW 级产线建设,2026 年产能达 10GW 量级

2021年10月,公司宣布获得2.2亿元的Pre-A轮融资

(4)曜能科技

于2017年在北京成立,2018年获得种子轮投资。2021年8月完成数千万A轮融资

(5)致晶科技

核心团队来自于北京理工大学材料学院纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室,拥有原创的钙钛矿量子点原位制备技术,开发了商用钙钛矿量子点光学膜产品。

2021年2月,完成数千万元人民币的A轮融资

(6)纤纳光电

成立于2015年,产品包括大面积高效钙钛矿组件、钙钛矿彩色光伏组件、钙钛矿轻质组件和叠层组件等

2021 年,经权威太阳能电池效率测试机构 JET 测试认证,公司钙钛矿太阳能小组件在稳态功率输出下的效率达到 21.4%

2022 年初建成 100MW 的钙钛矿产线并实现规模化量产;2022 年 5 月 20 日,钙钛矿α组件全球首发,首批 5000 片已对外交付,尺寸为 1245*635*6.4mm,双玻结构,共有四个型号:115W、120W、 125W、130W

2021年1月,公司宣布完成3.6亿元的C轮融资

(7)仁烁光能

成立于 2021 年底,主要承接南京大学谭海仁教授(创始人兼董事长)及其科研团队研制的全钙钛矿叠层电池技术

2021年10MW中试线投产,预计2022年下半年投建150MW量产线,目标尺寸1.2*0.6m,效率达 20%以上

2022年8月,公司宣布完成数亿元Pre-A轮融资

(8)光晶能源

成立于2022年5月底,是由澳大利亚归国博士、北大校友团队以及佛山仙湖实验室联合创立的高科技企业,主研高效率、长寿命的大面积钙钛矿太阳能电池组件

2022年8月,公司完成数千万天使轮融资

(9)大正微纳

成立于2018年,世界“钙钛矿之父”、东京大学、桐荫横浜大学特任教授宫坂力为公司首席科学家, 特聘顾问,是国内唯一的柔性钙钛矿太阳能电池制造企业

公司采用湿化学法和卷对卷生产线 PVD 沉积技术,10MW 柔性钙钛矿产线已于 2022 年 7 月投产,预计 2023 年扩建至100MW

(10)万度光能

成立于 2016 年 8 月,承接了华中科技大学武汉光电国家研究中心韩宏伟教授团队成果,可在单一导电衬底上通过逐层印刷方式涂覆三层介孔膜,制备可印刷介观钙钛矿太阳能电池

2021 年投建 200MW 可印刷介观钙钛矿太阳能电池生产基地

2021年获得宜昌产投入股

(11)金昌鑫磊鑫

成立于2021年11月,产品用于光伏建筑一体化(BIPV)等领域,已在金昌开工建设年产1GW钙钛矿薄膜光伏组件生产基地项目

3、商业化还有多远

尽管理论上有多种优点,但钙钛矿电池商业化道路也并非没有缺点。

其五点不足之处:第一,尺寸小。转换效率较高的钙钛矿电池其尺寸均为实验室级别,未达到商业化尺寸;第二,稳定性差。氧气氧化、光辐照、紫外线等都会对钙钛矿电池稳定性产生显著影响;第三,寿命相对较短。目前,钙钛矿电池寿命不长,其最高寿命为3000小时,但晶硅电池寿命为25年;第四,原料毒性。钙钛矿电池原料中含铅元素,具有毒性,可能对环境造成一定的污染;第五,涂覆技术不成熟。钙钛矿层没法均匀涂抹在设备表面,对器件性能有明显负面影响,需要开发更好的喷涂工艺。正是由于这些缺点,市场对钙钛矿的商业化前景仍有争议。

理论上的数据和实验室里的数据,很多时候和实际跑出来的数据差别很大。而且即便技术真的很优越,也要看整个供应链的环境和配套。

如果钙钛矿电池技术真的已经成熟到可以进入商业化大规模生产的范畴,那为什么没有看到组件行业前四名的企业开始启动生产线的建设呢?

现在已经真的在搭建钙钛矿生产线的企业,要么是新进入行业的后来者,要么就是行业排名相对靠后的。

光伏行业的技术升级迭代更新比较快,也存在着不同技术路线问题,目前钙钛矿电池的稳定性、大尺寸等问题有待攻关,钙钛矿技术更多的还是做新型电池叠层工艺,单纯的钙钛矿电池产业化之路也是处于萌芽状态。

基于全球钙钛矿技术的科研人员比较多,一是学术研究发展的需要,二是技术起步比较容易、工艺突破比较难,完全实现产业化规模化发展还是有很长的路要走。

目前阶段的钙钛矿电池技术更多的是给晶硅电池技术的赋能,增加钙钛矿技术的HJT异质结叠层电池应该是技术融合的最佳突破路径,达到30%光电转换效率的可能性比较大,这是单纯的晶硅技术电池无法触及的,需要钙钛矿技术的赋能加持下的合力作用。

钙钛矿电池虽然投资成本低、转换效率潜力也高,但是其衰减快、寿命短问题、难以实现大尺寸等一系列问题都需要不断的解决和提升,才能具有大范围商业化推广的条件。把钙钛矿技术与晶硅技术结合的HJT异质结叠层电池或许是更有可能在短期见到效果的路线。

文章来源: DT新材料,华尔街见闻,华夏时报

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