钙钛矿“制高点”争夺：隆基等之外，美国公司欲携势突破！

文 | Will Norman

翻译 | Selina

编辑 | 肖蓓

出品 | PV Tech 每日光伏新闻

在大多数发达国家，公司和政府正在研究如何将高性能钙钛矿-硅叠层太阳能技术扩展为商业可行的电池和组件，他们还没有成功。

沙特一所大学的实验室目前保持着33.2%的高效率记录，但当电池变大或在实验室之外需要量产等其他应用条件下，这种高效率并不能始终保持下去。33.2%！钙钛矿/硅叠层认证效率新纪录

此外，不同钙钛矿技术的测试规范以及不同技术的本身都缺乏统一性和规范性，并受到过多的公关和媒体炒作的影响。

欧洲有许多研究中心和合作机构都在研究这项技术，中东和亚洲各地的大学也公布了效率成果。中国制造商一直也在进入这一领域。

本文将着眼于美国，具体来说，两家公司向PV Tech Premium介绍了他们的钙钛矿研究计划，这让人们对钙钛矿在美国的商业化前景既感到乐观，又心存疑虑。

未来之路：技术开发路线

与硅不同的是，钙钛矿可以将一组光线转化为电能，两者结合具备了大幅提升太阳能光伏发电效率的潜力。据太阳能行业部分人士的说法，这将彻底改变全球发电的方式。

美国上游太阳能制造商CubicPV或是成功将叠层钙钛矿光伏产品制成足够耐用的商业产品的公司。CubicPV最近发布的两起公告都表明了其叠层电池技术开发路线的潜力。

CubicPV正在就其10GW硅片厂的选址展开深入讨论（设计图），并已获得用于叠层电池开发的风险投资和政府资金

第一个的资金规模较小，内容是CubicPV宣布成为麻省理工学院（MIT）ADDEPT中心研究人员的行业合作伙伴，该中心于今年早些时候由美国能源部（DOE）资助成立。中心专注于创造稳定的、可商业化转让的钙钛矿叠层组件，并为此获得了1125万美元资金。

CubicPV首席技术官Adam Lorenz告诉PV Tech Premium："在麻省理工学院建立ADDEPT中心的融资是公私领域合作的重要一例，它对所有研发工作都至关重要。"

其他地方也有研究中心和联合体；Qcells和Helmhotz-Zentrum Berlin（HZB）去年在欧洲成立了PEPPERONI联合体，部分资金来自欧盟的Horizon Europe研发基金。

英国的Oxford PV等私人机构、中东和其他地区的各种大学研究团队正在研发自己的叠层钙钛矿方案。上个月，Qcells宣布向韩国的一条试验生产线单独投资1亿美元。

然而，在ADDEPT项目启动时，Lorenz表示，其功效可能会有所不同："我们将同时以稳定性、可重复性和效率为目标，而不是用微小的像素设备追求创纪录的效率，然后再试图稳定它们。"

Lorenz在接受PV Tech Premium采访时补充说："目前，打造稳定高效的钙钛矿器件层的方法非常耗时，需要进行一轮又一轮的设计迭代和测试。美国能源部正在通过资助ADDEPT项目来帮助解决这一挑战，ADDEPT引入了一个由机器学习和高通量实验指导的稳定性框架和性能框架。人们期望这可以大大加速重要发现向商业制造环境的转移。"

在最新一轮贸易展上，尤其是在SNEC和Intersolar Europe会展中，大型制造商也带来了钙钛矿叠层电池的展示和讲述。值得关注的是，隆基公司在Intersolar发布了一款效率为33.5%、2278mm×1134mm的电池。公司称，其4000人的强大研发团队在6个月内将概念变成了现实。

虽然像隆基这样的公司的业务规模很大，但CubicPV的第二个公告或被证明是钙钛矿叠层生产首个真正的酸性测试。

6月，CubicPV宣布了第一笔1.03亿美元的风险投资资金，用于支持其叠层研究和一个10GW美国硅片厂的开发。Cubic目前生产p型和n型单晶硅片，但这一设施计划以及公司对叠层产品生产的明确、公开的讨论都表明，公司或会在不久的将来尝试实际生产商业化钙钛矿叠层产品。

到目前为止，CubicPV确已获得了可靠的支持。最近一轮融资包括比尔-盖茨创立的Breakthrough Energy Ventures公司和东南亚最大的企业集团之一SCG Group的捐款。另外，CubicPV成立之初的资金包括来自美国薄膜制造巨头First Solar的捐款。

Cubic网站上的董事会页面看起来也相当不错，有First Solar资深人士Bruce Sohn和首席执行官Frank Van Mierlo等人的面孔，Frank Van Mierlo此前创立了麻省理工学院的太阳能硅片衍生公司1366 Technologies和Bluefin Robotics，还曾就叠层光伏的未来发表过面向公众的TED演讲。

下一个节点

一般来说，硅会形成叠层电池的底层，不同类型和配置的钙钛矿会沉积在顶部。这两种材料吸收不同的光波段，因此可以为组件创造更高的整体电力转换效率。

关于CubicPV对钙钛矿的处理方法，Lorenz表示："Cubic处理硅/钙钛矿叠层的方法是专注于最耐用的成分和界面，可以提供长达二十多年的、可靠的户外性能。"

"我们的配对方法是所谓的四终端或4T设计。这种架构使我们能够解耦这两种材料，解决钙钛矿相对于硅的耐久性差距问题。由于没有用传统硅光伏制造参数限制正面电池，4T设计为使钙钛矿提供了更大的设计自由度。此外，顶部和底部电路仍可以在组件层面上结合起来，这为匹配电流密度提供了一个优雅的替代方案。"

钙钛矿在面对光热时有迅速衰减的倾向，这一直是工业规模开发的主要障碍。一旦扩大到更大的区域或带出实验室，在邮票大小的电池上实现的高效率很快就会消失。Lorenz表示，CubicPV旨在通过更严格的测试来解决这个问题：

"耐久性仍然是钙钛矿行业最重要的挑战：大多数取得的结果/发表的文献都不能代表现实环境中的性能，光和热的结合会导致离子迁移，诱发衰减机制。Cubic在耐久性测试方面更加积极，我们将耐久性与效率同等优先考虑。我们的测试平台通过加速老化测试进行压力测试，这些测试采用与沙漠气候下的实地作业相关的、至少75°C的高温和高强度照明条件。"

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Cubic认为钙钛矿的其他利益有哪些？

"钙钛矿光伏技术符合全球可持续发展目标，不仅是因为它们可收获的光子，而且因为生产它们需要更少的嵌入式能源，并且比传统硅技术的二氧化碳当量更低。此外，它们具有高度的可制造性，意味着很容易使用地球上丰富的原材料进行大量制造。"

美国柔性薄膜太阳能公司Ascent Solar的首席执行官Paul Warley也说了同样的话："钙钛矿的制造成本比传统薄膜低，这扩大了我们的视野。不久后你就可以把它放在屋顶上，这使我们能够与组件展开竞争。"

Ascent Solar生产柔性和半柔性太阳能产品而非传统组件。公司近期更加关注钙钛矿的开发。其位于科罗拉多州Thornton的基地以前是其制造总部所在地，现在已被改造成 "钙钛矿中心"。公司希望在柔性薄膜领域开发用于小众太阳能项目的分层钙钛矿技术，例如建筑集成光伏、无人机和无人驾驶飞机，以及最引人注目的太空旅行。

盲点？

Paul Warley向PV Tech Premium介绍了这个中心，在收购了瑞士薄膜制造商Flisom的生产资产后，该中心成为了一个可行的选择。现在，研究将在科罗拉多州的基地进行。

"对于钙钛矿，你可以从电池开始，然后一厘米一厘米地移动到你想要的大小。我们想要的是9英寸×36英寸或12英寸×36英寸，模仿他们在太空中的组件。"

论点很简单：薄膜很轻，钙钛矿很高效，所以它适合于需要光和强大资源的太空旅行。除此之外，Ascent几乎没有透露他们如何实际推进叠层研究的计划。Warley表示，钙钛矿商业化部署的主要障碍是"让那些多层次钙钛矿[在一个电池中]与光带一起工作，此外还有资金获取。"

公司不愿意对任何预测或未来计划发表评论，也没有详细说明在 "卓越中心 "所做工作的具体内容。钙钛矿的效率公告和开发计划往往听起来令人印象深刻，但围绕着测量效率和商业化进展的跟踪框架并没有得到强制执行。

为了解决这个问题并推动整个行业的进步，Fraunhofer ISE最近在欧洲推出了一个钙钛矿测试系统，旨在提升一致性和跟踪正在公布的效率，打造真正的竞争。Katana项目将把电池置于40多种不同光源的光谱波长下，这可以把重点放在钙钛矿效率评估上，并在苛刻的条件下准确测试它们。

最近，英国《独立报》的一篇文章称，钙钛矿产品正在中国的一家初创公司投入生产， "适合商业用途"，但即使成功，也很可能是小型的边缘化项目，因规模太小而无法对更大的行业产生影响。

Lorenz表示，一旦实现商业化生产，钙钛矿叠层组件的首次应用可能是在屋顶领域，特别是在系统成本平衡使溢价效率成为优先事项的地区。除此之外，随着价格的下行和可用性的拓展，这项技术将开始出现在大型项目领域。

就像Cubic提供的1.03亿美元资金一样，这是商业化试水的第一步，这将使公司能够迅速在美国开发硅片，随后推动叠层组件的发展。

"我们相信，这种影响将改变太阳能市场，单结光伏产品在达到自然法则规定的效率极限时会停滞不前，叠层光伏的引入使这一行业能够创造一条新的发展轨迹以获得更高的效率，避免这种情况。这反过来会加速太阳能的采用，并对我们摆脱碳基燃料的努力产生重大影响。"

如果美国要成为钙钛矿商业化之地，那么CubicPV似乎是一个可能的候选。Lorenz谈到美国的叠层研究环境时表示："美国有一个强大的生态系统，国内有许多公司正在进行叠层创新。此外，由于引入门槛低，学术界的参与度很高，有很多大学都在积极进行钙钛矿研发。”

"我们的国家实验室，如NREL，也专注于这项技术并获得了深入了解。毫无疑问，美国政府已经认识到钙钛矿的潜力，提供了几十项拨款来推动这项技术。然而，投资水平并不像我们在欧洲和中国看到的那样显著。"

最终，商业化钙钛矿将以某种方式出现在光伏产业中。PV Tech的新闻部门看到，近几个月来，与钙钛矿有关的报道越来越频繁，如果中国的大公司不先下手为强，CubicPV很可能成为其中的佼佼者。

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