钙钛矿从“0”到“1”还差什么？–20230308

钙钛矿从“0”到“1”还差什么？ 要点总结： 协鑫光电目前规划：①先达到100兆瓦级别的量产。②今年开始采购一些给GW级别使用的长周期的设备。 钙钛矿结构差异：①反式结构将空穴传输层做在底下，材料选择会更多样。②钙钛矿干燥过程中同时结晶是生产环节中难度最高的 钙钛矿的衰退改善情况：①参照晶硅，实验室与量产之间5-6个点的差异是合理的。②今年目标实现18%的效率 钙钛矿与晶硅相比成本如何：①晶硅的能耗显著的高于钙钛矿。②晶硅的用料显著多于钙钛矿。③晶硅的生产工艺相对简化。④目前能够把钙钛矿的成本控制在晶硅主流组件的70%左右。 钙钛矿的稳定性：①按照晶硅的测试标准测试钙钛矿即可。②可以通过一定手段使至少在25年到30年之内，钙钛矿表现的跟晶硅一样稳定。③与晶硅叠层并不能解决钙钛矿的稳定性。 商业化进程：①今年市场化预期不会比去年提前。②目前仍处在制造商提要求，设备供应商来完成的状态。③设备商技术门槛要求相当高。④叠层并不更容易被市场接受。 Q&A Q：怎么看待钙钛矿市场非常热？ A：这是我们一直努力的目标，钙钛矿肯定是要从实验室走向量产。从第一个100兆瓦开始，到以后 10GW,100GW，一直到最后成为光伏的主流，这是一个必经之路。我们对自己的要求是今年要把100兆瓦跑通。我 们并没有要求今年就要实现GW，GW其实是100兆瓦之后水到渠成的事情。最难的是第100兆瓦。我知道行业对 于钙钛矿有要么过于乐观，要么过于悲观的两种极端的看法，过于乐观的觉得今年可能就会有10GW的设备采购等 等。我不知道别人怎么样，但是我们肯定不会在今年去买很多的设备。我们如果100兆瓦顺利，我们会在今年开始采购一些给GW级别使用的长周期的设备。但这不意味着说今年就要大干快上。这是我们对过于乐观一面的看法。另外一方面，也有一些人过于悲观，认为钙钛矿的本身的问题得不到解决，看着像一场骗局，也其实也是完全错误的。因为我们可以明确的看到钙钛矿的效率在不断提高的同时，它的稳定性、还有它的量产工艺也都在一直不断的进步。我们已经看到很多机构，包括我们在内，还有很多学术机构和企业都能够把钙钛矿的稳定性测试的很不错，至少它在现有的IEC标准之下，测试的结果不会比硅差。 Q：按照今年市场化预期和节奏，钙钛矿量产的时点与去年比是否会提前？ A：并没有提前。我们原来的目标就是在2023年要把100兆瓦跑通。实际上去年全国都受到了疫情的重大影响，所以不太可能加快。相信我们能够在今年将100兆瓦的基本的工艺打通。我们也希望其他友商能走得顺利，所以我觉得考虑到疫情的影响，应该是略微会往后拖延一些，不会提前。 Q：GW级产线的规划，是否有明确雏形？今年行业产能落地能达到多少？ A：我们对别家怎么规划不太了解，也不评价。我们自己今年要完成100兆，这是最重要的，从0到1的一步，完成100兆瓦之后才会有GW。当然完成100兆瓦之后就会有GW，这是一个水到渠成的事情。我们的GW线如果顺利，应该在明年会逐渐的建成。其实今年的各家所谓的100兆瓦级别的产能，本质上都是用来打通的，所以今年不会有真正意义上的产能落地。 Q：也就是走着看的状态？ A：其实不是走着看，我们一直有很明确的规划，但在我们理智而明确的规划之下，有一些过于浮夸的事情就把我们衬托的有点奇怪了。但是我们得认识到钙钛矿这是一个从无到有的事情，我们经常提醒投资界的朋友，以前的晶硅所有的技术，不管是Perc还是IBC还是异质结，都是在国外已经有了很成熟的、很大规模的产线之后，国内才引进 的。所以他不需要原创的研发，他只要复制模仿的好，就能成功。而钙钛矿最大的困难就来自于没有人可以模仿，我们自己要把路闯出来。而我们现在能够明确的，从原理的角度，从工艺的角度，钙钛矿是一定能做出来的。我们是在解决它的工程问题。既然是在摸索，就不会像以前模仿别人那样准确的估算时间。对于一个基本上没有人走通过的事情，你靠的时间可能会长一点，可能会短一点。这里边一些意外的因素会比模仿这种行为会多很多。 Q：技术方面，钙钛矿结构（正式反式）特点的差异，反式结构的优越性在哪？ A：所谓的正式和反式，这个是沿用以前燃料敏化太阳能电池的一种说法，就是燃料敏化太阳能电池的时代，他们是把电子传输层做在底下，所以到钙钛矿时代，沿用了这种结构的称为正式。这是一个不是那么规范的叫法，无非就是你先做电子传输层，还是先做空穴传输层，这两种方法应该都是可以的，都有可能用它来实现量产。只是目前看上去，把空穴传输层做在底下，我们的材料选择会更多一些，这样的路会更好走一些。所以我们选择的是用反式结构来完成我们的单结钙钛矿组件。我们也看到有一些实验室和些机构，他们会选择用正式结构。其实各有各的道理。这里边无非就是pin或者Nip，本质上他的工作原理没有太大的差别。 Q：业内友商选择的基本还是反式为主？ A：我们选择是反式，其他家我们不太清楚。 Q：钙钛矿结构中包括空穴传输层、电子传输层、钙钛矿吸收层、电极层等等，各层的技术路线都有哪些？产业中的玩家都选择了怎样的技术路线？ A：因为我们现在还没有看到别家公布他们的大面积组件的结构是什么样子的，所以我们也不知道别人用的是什么样 的结构，我们只能说我们是反式结构，也就是典型的Nip结构。我们的底下是FTO玻璃，FTO玻璃上面有一层p型的空穴传输层，在往上是钙钛矿，上面是n型的电子传入层，再往上是我们的背电极。钙钛矿的配方一直是在不断迭代的，从最开始的简单的甲胺铅碘到现在结构已经非常的复杂。如果把那些钝化剂以及掺在钙钛矿里面，用于扩大晶体，用于保持平衡等的一些添加剂来讲，钙钛矿的配方是这里边最复杂的。而跟钙钛矿直接接触的那些p型材料和n型材料，它其实也有一个配方的选择。因为随着钙钛矿配方的改变，这两个直接接触的缓冲层材料也必须有所调整，它才能够形成一个比较好的接触。背电极它可以是金属电极，它也可以是像TCO这样的透明氧化物电极。 Q：钙钛矿制造工艺的环节哪些壁垒最高，难度最大？价值量能不能从高到低排一个序？ A：这个其实不好排序，应该说这是一个系统工程，每个环节都很重要。只能说钙钛矿最特殊的、最有特点的一个工艺是它的结晶工艺。因为钙钛矿一般来说是可以溶解的，我们在工艺过程中是把钙钛矿溶解配成溶液，之后铺到玻璃基本上，再通过结晶设备让钙钛矿溶液挥发，挥发过程中晶体就会从溶液里面吸出来，就会生长在基板上面。在别的行业里面找不到类似的需求。因为像锂电池或者显示面板，它的涂布涂出来的都是非镜像的东西，并不需要它在干燥过程中同时结晶。而钙钛矿干燥过程中同时结晶是一个很重要的控制环节，结晶的效果不但会影响太阳电池的效率，也会影响组件的寿命，所以这步是最特殊的。除了结晶之外，钙钛矿的激光划线的进入要求会比以前的铜铟镓硒和碲化镉高一个数量级，因为铜铟镓硒跟碲化镉都是微米级别的厚度，钙钛矿是百纳米级别的厚度，这对激光划线的设备的精度提出了更高的要求。 Q：上游设备商的技术路线布局，设备商与钙钛矿制造商之间怎么磨合？ A：目前还是下游的制造厂商作为集成的一方提要求。像设备商的主动的进行工艺上的推荐，或工艺可能取代旧的工艺，这种情况目前还比较少。主要还是下游的组件生产商，通过我们组件制造的需要去向设备供应商提出我们的要求。包括像涂布、结晶、PVD、激光都目前都是这种情况。现在比以前不同的是，有更多的设备供应商已经主动的进入到这个行业来。能够看到的PVD的制造商，激光还有ALD的制造商都在主动的向下游提供设备。当然这是基于下游先有需求的基础之上，希望将来在某个时期能够出现有一些我们所不了解的设备，通过供应商的推荐，发现它比原 来的设备更好用。到这一步就说明整个行业业态进入到一个更好的阶段。现在还是处在制造商提要求，设备供应商来完成的状态。 Q：方向不太清晰，还在磨合？ A：方向是很清晰的。我们也看到有一些可能比较初创的企业会宣扬用一些比较新的工艺来做，但实际上在实验室并没有在大组件上验证过工艺到底可行不可行。所以，我们从2021年确立的设备或者更早一点在17年18年把那时候 40*60的大体设备确定之后，并没有大的改变。设备的框架PVD加涂布结晶加激光的路线其实没有大的调整。我们 现在对设备都还是一些微调或提高精度，或者改进一些设计，但是主干是一样的，是非常明确的。别的路径可能更多的还是在早期的实验。 Q：钙钛矿单结从小面积制备大面积的衰退比较严重，经过一年多是否有明显突破？ A：当然有了，我们的效率越做越高。衰退并不是钙钛矿特有的问题，这是一个非常普遍的事情。因为晶硅也是这样的，它的实验室的电池可以做到26.8，从2017年到2023年，整整五年的时间只提升了0.1。现在主流的组件产品的效率还是在21左右。所以实际上组件和实验室也有四个多点的差异，在实验室以用各种极端的手段来提升效率。但是到大规模量产的时候，就要成本，考虑良品率，考虑实际把它做出来的难易度，最终的产品的效率低于实验室效率，这是一个必然。之前的发展更多是在实验室端的，一直到19年、20年，像我们这样的公司开始比较大规模的进入组件的开发，这中间时间还短，所以现在组件级别的钙钛矿效率并不比器件级别的差，但是它相对于器件的效率，一定是会有一个差异的。 差异多少算合适？我们可以参考晶硅，现在的实验室最高26.8而量产普遍21，差不多5-6个点的差异是合理的。钙钛矿现在实验室26.2左右，如果参照晶硅这样5-6个点的差异，也就是20点几。今年我们的目标要实现18%，虽 然还没有实现，但是其实已经越来越接近。其实在我们实现18%之后，大组件和小器件之间的差异跟晶硅也没有太 大的差别。对于晶硅和钙钛矿来说，这种大组件比小器件效率要低，这是一个普遍的客观的规律，这是工程化的一个必然的结果。 Q：钙钛矿原材料成本低，但量产钙钛矿组件落地时和晶硅比哪个成本低？怎么降本？ A：先从逻辑上来讨论，晶硅的能耗显著的高于钙钛矿，像硅料需要1300多度，拉晶切片需要1400度，做电池的扩散需要八九百度的温度，它有很多的高温的流程，而钙钛矿的整个生产工艺流程的温度不会超过150度。温度是钙钛矿成本会显著低于晶硅的一个最重要的来源。 所有的物料的生产过程中，能源是相当大的一块；在用料方面，钙钛矿每一块组件里面大概只需要2克左右的用料，而晶硅每一块组件需要1公斤左右；还有最终生产工艺上的一些简化，比如晶硅需要串焊，一片片的焊起来，而钙钛矿只需要突破3道激光，它不需要串焊，这也能够节省不少成本。算下来钙钛矿建大规模量产的时候，它的制造成本是可以比晶硅至少低50%的。成本经过验算一定是非常低的。在100兆瓦量产实现的时候，我们是希望能够把它的成本控制在晶硅主流组件的70%左右。 Q：稳定性一直制约钙钛矿，标准如何？怎么解决？ A：对于标准，国际电工学会，也就是IEC，是有两种不同意见，有一方认为钙钛矿不需要新的标准，只要拿晶硅的标准去测试就可以了，如果有必要，可以把晶硅设置标准里面进行加严。有另外一些人认为可能需要一套新的标准来。但是目前应该主流是认为其实不需要新的标准，只要钙钛矿能够通过IEC，我们对它的寿命就可以很有信心。因为当年在为晶硅制定URL标准的时候，已经考虑到了各种可能出现的情况。而且经过了这么多年的补丁，其实测试的内容已经涵盖了几乎能够想到所有的可能性。所以我们遵循的方法也就是直接拿晶硅的测试标准测试钙钛矿。 从原理上讲，钙钛矿的稳定性其实并没有一些人直观想的那么差。有一些直观的想法是认为钙钛矿是一种离子晶体，所以它可能只能扛到两三百度，总不如晶硅能够扛到上千度。但其实稳定性是一个动力学的问题，不是一个热力学的 问题。能够扛到多少度，这是一个热力学的问题。当工作环境显著的低于它能扛得住的上限的时候，其实只需要考虑动力学的因素。 打个比方，比如锂电池，它因为里面储藏了大量的电能，所以从动力学的角度讲，它一定是不稳定的。你给它一个合 适的条件，它一定会燃烧或者爆炸，但并不代表着它就会燃烧或者爆炸，其实只要有一个合适的工艺，合适的边界，