浦江创新论坛｜范斌：钙钛矿光伏全面铺开应用还要过一道坎

admin 2024-09-12 08:01:03 48

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昆山协鑫光电材料有限公司董事长范斌博士。

9月9日，2024浦江创新论坛——绿色低碳创新论坛在上海市虹口区举行。

作为论坛嘉宾，国际知名钙钛矿技术领跑企业、昆山协鑫光电材料有限公司董事长范斌博士作“钙钛矿叠层组件产业化进展报告”主题分享，并接受了澎湃科技的专访。

一束光照过来，它就能发电。钙钛矿是像晶体硅一样能够进行光电转换的材料，可以被用于光伏发电。不同的是，钙钛矿的光电转换等性能更佳。

“也许十年、二十年之后会有别的选择，但目前，有且仅有钙钛矿这一个材料可以实现（光电转换）效率的突破。” “其实光伏企业就像100年前的石油公司一样。”范斌说，这是一个巨大的市场，“光伏发电占国内发电量的占比，在我们刚入行的时候只有0.1%，几年过去，目前已经达到4%。我相信，将来可以占到70%以上。”

范斌表示，除了进一步提高钙钛矿光伏组件的光电转换效率和产品质量，目前他还想做的是，建尽可能多的示范电站，然后运行足够长的时间。他认为，只有这样，才能够让所有的用户相信钙钛矿可以跟晶体硅一样稳定、可靠。“毕竟实验室的模拟，不可能代表现实中的所有工况。”而建设和运行更多的示范电站，就需要相关政策的鼓励和政府相关部门的支持。

昆山协鑫光电材料有限公司成立于2019年，主要从事大面积钙钛矿光伏组件的研究、开发及量产，由协鑫、腾讯、淡马锡、红杉、IDG等共同投资。

非钙钛矿不可？别无选择！

范斌表示，钙钛矿材料最大的价值在于光电转换效率高，“不是说‘一骑绝尘’，而是唯一的选择。”“目前，有且仅有钙钛矿这一个材料可以实现（光电转换）效率的突破。”“远远高于大自然光合作用的转换效率。”

范斌表示，目前钙钛矿/晶硅叠层电池的光电转换效率已经可以做到接近35%，而小麦田间光合作用的转换效率大约1%到2%；效率最高的是甘蔗，大约5%到6%。

钙钛矿既不是钙，也不是钛。它原本是一种由无机物钛酸钙组成的天然矿物的名字，目前被用作一类材料的统称。人们目前还在不断研发、合成新“配方”的钙钛矿材料。虽然它们的成分已不是钛酸钙，但它们都跟钛酸钙拥有相同的晶体结构。

1839年，柏林大学矿物学家古斯塔夫斯·罗斯（Gustavus Rose）在欧亚两洲的分界线乌拉尔山脉发现了天然的钙钛矿。

2024年SNEC上海光伏展协鑫光电展示的三块大尺寸钙钛矿组件产品，从左至右依次为钙钛矿BIPV组件、钙钛矿晶硅叠层组件（效率26.36%@1.71 平米）、钙钛矿单结组件（效率19.04%@2平米）。

据科技日报报道，钙钛矿是具备相同晶体结构的一类“陶瓷氧化物”的统称，分子式为ABX3。南开大学电子信息与光学工程学院教授罗景山介绍，根据材料的元素组成，可以将钙钛矿大致分为三类：复合金属氧化物钙钛矿、有机杂化钙钛矿、无机卤素钙钛矿。现在用于光伏的钙钛矿通常是后两种。

晶体硅和钙钛矿都能用作光伏材料，实现光电转换。

范斌介绍，“2016年的时候，晶体硅在实验室内的光电效率是26.8%，到今年它的实验室转换效率是27.3%。这么多年过去，平均每年提升不到0.1%，基本上到头了。”

“量产晶体硅的光电转换效率大概在22%到23%之间，而且明显上不去了，而我们量产钙钛矿的转换效率可以做到26%到27%。如果跟晶体硅叠在一起，做成双结的电池，我们相信可以实现35%以上的光电转换效率。”

协鑫光电是全球最早涉足钙钛矿领域的企业之一。

范斌表示，“在钙钛矿产业领域，协鑫光电目前是公认的全世界做得最好的企业，是第一梯队，有且仅有我们一家。”“从2013年就开始深耕大尺寸钙钛矿组件技术，在积累了十多年后，除了100兆瓦的产线投产，公司首条吉瓦级钙钛矿商用组件项目将于2024年底竣工。”“100兆瓦是指产线一年能够生产合计100兆瓦的光伏组件。”

最大的挑战

范斌介绍，晶体硅是从砂石等材料中提纯获得的材料，结构简单而稳定，而钙钛矿材料是人为设计、人工合成的晶体，包括成千上万种材料，“复杂而敏感”。

但范斌不认为“钙钛矿材料复杂而敏感”是一个很大问题。他举例说，铅酸电池很稳定，也很耐用，可以连续使用几年，但锂电逐渐被替代了。虽然锂电在碰撞中会起火、燃烧甚至爆炸。锂电的能量密度高，风险随之上升。用锂电，就必须要接受它的风险。钙钛矿材料复杂而敏感，需要更高水平的技术才能驾驭。

钙钛矿与晶硅电池叠层后，可以有效吸收不同波长的光，提升整体光电转换效率。

虽然目前钙钛矿材料还存在转换效率需要进一步提高、稳定性有待进一步提升等问题，但范斌认为，钙钛矿产业化最大的挑战是，没人做过这件事，“这个产业以前不存在” 。

他解释说，晶体硅相关的光伏技术大都是从国外引进，并进一步开发的，而钙钛矿在实验室里被用于太阳能电池是2009年。仅仅花了15年时间，人们就把一个实验室里的东西，逐渐地做到产线上能够使用、生产，然后开始有一些早期的商业应用，这完全是从无到有。

“大规模铺开、应用，还需要过一关，就是大家相信它可以用”，范斌说，所以需要建足够多的示范电站，运行足够长的时间，让更多人看到并产生信任。“我们现在的100兆瓦生产线是2021年跑通的，然后2021年就开始逐渐做示范验证，2023年我们去青海开始建示范电站。”

范斌表示，虽然现在光伏发电的成本已经比火电便宜大概20%，然而光伏发电有一个显著的问题，就是只能白天太阳出来的时候发电，阴雨天或晚上没办法发电。所以，光伏发电要想替代火电，需要搭配储能，把白天发的电“储存”起来。但这样的成本会不会比火电的成本更高？解决的办法是，进一步降低光伏的成本，进一步降低储能的成本。这就要求进一步提高光伏材料的光电转换效率。未来的钙钛矿光伏组件可以部署到海上，部署到沙漠里，也可以分布式地部署在屋顶上，或玻璃幕墙里。