不过即使中国光伏大获全胜,也逃不过西方围剿的命运,他们率先开发了一种“钙钛矿太阳能电池”,意图再次狙击中国在硅电池上的地位,中国这次会被弯道超车吗?
光伏领域的钙钛矿其实并不是什么矿产,因为跟钙钛矿晶体结构类似,所以用了这么一个命名。
技术路线上,将光转化为电的太阳能电池已经发展到了第三代,第一代是单晶硅、多晶硅电池。
2008年金融危机爆发以前,中国光伏就已经打入欧洲市场,但那时光伏原材料多晶硅的制备技术被西方牢牢掌握,于是他们联手开始了第一次狙击中国光伏,2005年至2008年这三年,欧美企业将多晶硅价格从每公斤40美元直接暴涨至500美元。
在此情形下,国内光伏企业倒下一大片,于是国内开始大力补贴多晶硅企业,从生产设备到制造工艺,一下子就打通了全产业链,2011年后国内企业成功将多晶硅生产成本降低至了每公斤150元,有些企业甚至低于120元。
2012年美国和欧洲几乎同一时间发动对中国光伏双反反制,开始了第二次狙击中国光伏,像美国强制征收高达15.97%的反补贴税、249.96%的巨额反倾销税,但中国通过补贴救市、西部戈壁光电大开发、整合国内光伏全产业链反而继续做大做强,迫使欧洲在2018年取消了双反,美国也将双反税降低至了4%。
此时中国光伏开始从量转质,光伏最开始能大规模产业化,靠的是多晶硅简单的制备工艺、便宜的生产设备和庞大的产能,但转换效率和发电潜力是低于单晶硅的,只是依靠性价比取胜。
2015年后中国开始实行“领跑者”计划,规定多晶硅电池光电转化效率必须达到16.5%,单晶硅要达到17%,要知道硅电池在五年内才能提高可怜的0.1%,单晶硅就可以轻松达到这个目标。
而随着金刚线切割技术的突破,单晶硅制备技术开始成熟,于是单晶硅光伏电池的市场份额直接从2016年的10%,一路杀到了如今的90%以上。
截至2021年,第一代光伏电池仍有着96.2%的市场占有率,剩下的3.8%留给了第二代光伏电池——薄膜电池。
因为薄膜电池成本低、在阴天也能发电,所以跟硅基电池形成了互补,但是呢薄膜电池有个致命缺陷,那就是光电转换效率很低,所以市场上没有被大范围应用。
不管是第一代还是第二代光伏电池,基本是中国说了算,而且硅基电池转化效率的理论极限,也只能做到29.4%,所以国外以日本为代表率先搞起了第三代光伏电池。
钙钛矿电池最早是由日本人发明的,当时的光电转换效率仅有2%到3%,甚至连第二代薄膜材料都不如。
但是呢,截至2021年年底,仅仅10年时间,钙钛矿电池的转换效率就达到了25.7%,而相同的进程硅基电池花了四五十年,更重要的是钙钛矿电池的理论极限可以达到33%左右,远高于硅电池的29.4%,要知道效率每提高1%,发电增益将是巨额的提升,这样吸引着许多西方国家挤进这条赛道。
在这领域日本早就提前开始布局了,它们的材料技术很发达,日本国内搞钙钛矿的企业是东芝和积水化学工业,这两家公司都计划在2025年后量产钙钛矿电池。
像东芝已经在2021年推出了一款大面积聚合物薄膜钙钛矿太阳能模块,他们称这是至今为止最高效率的大面积模块,实际上也仅有15.1%。而积水化学则是攻克了钙钛矿薄膜封闭处理技术,提高了耐用性。
不同于日本着急搞能直接投入应用的大面积模块,欧美那边企业搞钙钛矿则是为了先提高效率,像英国牛津光伏太阳能公司直接将钙钛矿材料涂在硅电池表面,转换效率直接提高1/3。
美国钙钛矿公司nTact也是搞这种涂层,这种电池也叫钙钛矿叠层电池。而且美国能源部先是投入2000万美元研发钙钛矿光伏,拜登还再次追加5600万美元用于研发,意图替代晶硅太阳能技术。
这些全球顶尖科研机构和跨国企业已经在钙钛矿电池上提前布局,投入了大量人力物力,中国光伏目前在硅基电池上是说一不二的,欧美就是想制裁也无能为力,但第三代光伏电池钙钛矿电池的出现会不会改变这一局面呢?如果西方国家用豪赌钙钛矿电池,用来狙击中国光伏,我们该怎么办呢?
其实严格来说,凡是新材料光伏电池都可以称第三代光伏电池,钙钛矿电池牛就牛在转化效率高,但是呢,这种材料还会在实验室停留很长一段时间,想要投入大规模应用还很难,而且用钙钛矿做光伏器件有着非常致命的缺陷。
你能听到钙钛矿电池各类效率提高的消息,基本都是实验室中搞的,而实验室中呢,用的都是大拇指指甲盖那么大的电池,上文提到日本东芝公司开发出了大面积钙钛矿电池,但效率又不达标。
这还没完,钙钛矿电池的稳定性还比较差,在强光照射和潮湿环境下很容易分解,所以电池寿命肯定不太长,传统的晶硅太阳能电池寿命一般有20年以上,但国内外现在搞的钙钛矿电池一般只能稳定运行几千个小时,差距不是一般的大。
最后一点就是效率上,硅基电池即使用上个三四十年还能保持80%的转换效率,但钙钛矿电池用几个月后就失去10%的效率,你说这还怎么玩儿?
话说回来,中国在钙钛矿方面的研究也没落着,2022年光伏巨头隆基将硅基电池的转化效率一举推进到了26.81%,全球领先,打破了2017年日本创造的世界纪录26.7%,同时隆基也在布局钙钛矿的研发,已经拥有相关专利20多项。
在2022年年底,仁烁光能已经将全钙钛矿叠层电池的效率做到了29%,超过了在六月创造的28%的世界纪录,而且还获得日本JET的第三方认证。
毕竟国内在光伏钙钛矿电池方面还是比较高瞻远瞩的,即使拿到国际上比也是处于领先地位。
不像以前在晶硅电池领域,中国光伏企业是跟在欧美屁股后面学习技术,这次钙钛矿技术的全体跟进,是中国光伏企业第一次从材料、设备道工艺上完全自主研发的新路线。