料耗显著降低,避免材料稀缺性涨价:根据协鑫光电的数据,钙钛矿材料占单片组件成本的比重仅为5%,其余主要为电极材料和玻璃等封装材料的成本。钙钛矿的吸光能力远超晶硅,钙钛矿层厚度仅需0.3微米,而晶硅组件中的硅片通常180微米厚,因此少量钙钛矿材料即可满足制备。同时,TCO玻璃的制备工艺较成熟,易于按需扩大产能。
纯度要求低,单瓦能耗不及晶硅组件能耗的1/10:根据协鑫光电的数据,太阳能级的硅料,纯度需要达到99.9999%甚至99.99999%,最高工艺温度达到1700°C,组件制造能耗为1.52kWh/Wp。而对于钙钛矿,只需要95%的纯度即可满足使用需求,最高工艺温度仅为150°C,组件制造能耗为0.12kWh/Wp,不及晶硅组件能耗的1/10。
产业链生态更容易维护,有望通过扩产降本:钙钛矿组件由于产业链缩短等先天优势,产品降本潜力极大,协鑫中试线的钙钛矿组件单位制造成本为0.94元/W,且据协鑫光电,当产能扩大到1GW以上时,制造成本将进一步下降到0.7元/W,系统成本降低到2.5元/W以内。对比晶硅组件含税价格处于 2 元/W水平,且各环节的利润受到极大挤压,预计晶硅电池降本速度将放缓。
度电成本随组件效率提高而下降:参考CPIA数据,传统太阳能电池的光电转化效率每提升1%,对应度电成本下降5%-7%,而钙钛矿组件作为新型薄膜电池,有望遵循类似规律。
国产设备日渐成熟,设备摊销费用有望降低:设备摊销费用取决于所选用工艺设备的价值量和设备产能,目前钙钛矿核心膜层所使用的设备是RPD和涂布设备,涂布设备的技术难度可控,RPD的专利被日本方限制,预计未来随钙钛矿组件产能扩张,通过国产替代降低设备价值量,同时其余设备均有相对成熟的厂商储备。
钙钛矿组件理论寿命可达30年,控制衰减率能做到更低的度电成本:据杨文侃《钙钛矿系列光伏组件的度电成本分析》测算,寿命25年的钙钛矿组件若线性衰减小于0.6%,度电成本低于晶硅组件。2022年6月《science》报道,普林斯顿大学团队开发出可运行约30年商业性的钙钛矿组件,高出行业默认光伏组件的25年寿命。同时2021年纤纳光电自主研发的钙钛矿量产组件,就已通过基于IEC61215标准的稳定性加严测试,且表示保持30年稳定性的钙钛矿组件,即使转换效率和PERC相当,也能降低度电成本至0.2元。因此,随着钙钛矿组件做到更长寿命、更低衰减率,度电成本将逐步低于晶硅组件。
钙钛矿温度系数绝对值比晶硅低2个数量级,不易受温度影响:从温度系数量化来看,晶硅组件约为-0.3,即温度每上升1度,功率会下降0.3%,例如在实际应用场景,出厂效率20%,当温度升到75度,效率大约就只剩16-17%。而钙钛矿的温度系数为-0.001,非常接近于0,因此它效率几乎不受温度影响,实际发电效率显著高于晶硅。
由于电路结构不同,钙钛矿组件比晶硅组件受遮挡的负面影响小,发电量平均高5%:晶硅组件一般由60或72片独立电池片串联形成,当受到局部遮挡或损坏时,会出现热斑效应。而钙钛矿组件属于薄膜电池,通过工艺在整个面板上实现电路结构,电路之间互相连接,在受到同样遮挡时发电量影响比晶硅小很多,根据杨文侃《钙钛矿系列光伏组件的度电成本分析》测算,遮挡条件下钙钛矿组件比晶硅发电量高4.05%-6.05%,度电成本降低0.018-0.034元/kWh。
2结叠层电池有钙钛矿-钙钛矿、钙钛矿-晶硅叠层电池两种。钙钛矿-晶硅叠层电池即将钙钛矿组件与硅电池按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来,让短波长的光被最外侧的宽带隙钙钛矿太阳能组件吸收,波长较长的光能够透射进去让窄带隙的硅太阳能电池吸收,可最大限度地将光能变成电能,目前获得了最广泛的研究,最新效率已突破31.3%。
全钙钛矿(钙钛矿-钙钛矿)叠层具备潜力,一体式叠层为主流结构。根据结构不同,叠层钙钛矿组件分为一体式结构和分离式结构,依据输出端子数量的不同,又可分为两端子和四端子结构。四端子结构能实现较高的实验室效率,但四端子叠层电池中的光学耦合叠层需要使用光学分光镜,成本过于高昂,而机械堆叠式需要三层透明电极,会降低电池转换效率。相比之下,一体式钙钛矿叠层结构简单,设备和工艺相对成熟,适合产业化。南京大学谭海仁团队实现了小面积全钙钛矿叠层电池28%的实验室效率,成立仁烁光能并开启全钙钛矿叠层电池的产业化。