作为昆山协鑫光电材料有限公司的首席执行官，范斌从10年前开始思考一个问题：如何大规模生产以钙钛矿为原料的薄膜太阳能电池？

对于全球光伏产业来说，这是一个没有人成功穿越的“无人区”，纵观人类能源利用的漫长历史，这种技术具有巨大的潜力。一旦成功，这种转化效率高、生产成本低的“黑色技术”，不仅会颠覆以晶硅路线为主体的当前光伏市场格局，还会大大加快全球碳达峰碳中和过程。

几天前，《上海证券报》记者在协鑫光电昆山工厂见到了范斌。他穿着黑色短袖t恤和牛仔裤，手里拿着一台平板电脑，说话很快，思维跳跃，喜欢不断改变坐姿——比专业经理更像一个无拘无束的极客工程师。

正是因为不喜欢墨守成规，范斌带领协鑫光电在这个“无人区”逢山开路，遇水叠桥。他们与国内其他几家钙钛矿企业一起成为行业的“领导者”，一步步走出钙钛矿电池的批量生产之路。

◎记者 陈其珏

钙钛矿前世今生

协鑫光电昆山厂后面，有一大片杂草丛生的空地，地上有四排太阳能元件，形成迷你光伏电站。然而，与普通电站不同的是，这些组件中的许多没有用铝框包装，外观、形状和尺寸也不一致。

其中，第二排组件覆盖深蓝色电池，是最常见的单晶硅电池；第三排组件颜色较深，几乎为黑色，垂直细条纹，是一种半透明的棕色玻璃，是记者访问的主角钙钛矿膜电池。

“这是我们用来比较和测试发电效率的一个小型示范电站。协鑫光电市场总监王如军告诉记者：“通过将早期实验室的小型钙钛矿电池与最新开发的大型钙钛矿电池以及晶体硅和钽镉电池放置在同一场地，在纬度和光照完全相同的情况下比较其发电效率的差异。”。

记者注意到，第一排组件上的钙钛矿电池尺寸不同，最小的只有30厘米×30厘米，65厘米大一点。×45厘米，最大的是1米×2米的商业尺寸。这些由小到大排列的电池片，似乎浓缩了范斌和协鑫光电开发钙钛矿电池技术的艰辛。

2021年9月，协鑫光电建成了世界上第一条100兆瓦钙钛矿组件试线，尺寸为1米×2米。

范斌告诉记者：“晶硅技术有一条现成的路要走。只要我们做一些修改，如果我们不能改变，我们就可以回来。钙钛矿位于“无人区”。前面的路不通。这取决于我们自己。”。

由于其技术原理与传统的晶硅技术路线完全不同，钙钛矿被视为“无人区”。

钙钛矿的前身作为ABX3结构的化合物，可追溯到近200年前。

1839年的一天，俄罗斯矿物学家古斯塔夫·罗斯在乌拉尔山脉发现了一种钙和钛氧化物，具有特殊的晶体结构，因此俄罗斯地质学家列夫·佩罗夫斯基（Lev Perovski）名字命名。这也是钙钛矿英文名Perovskite的由来。

2009年，日本科学家宫坂勉率先在染料敏化太阳能电池中使用钙钛矿作为光吸收材料，开始在太阳能发电领域崭露头角。令业界惊讶的是，这种材料的效率提高得非常快——2009年，钙钛矿制造的太阳能电池转化率仅为3.8%。到2014年，这个数字已经上升到19.3%，2023年也上升到29%。相比之下，晶硅电池完成这一过程需要40多年的时间。

在过去的两年里，这种效率得到了惊人的提高。

2022年6月，中国科技大学宣布，徐集贤教授团队在钙钛矿太阳能电池方面取得了重大进展，创造了大面积单结钙钛矿电池稳态认证效率的世界纪录——23.7%，包括世界纪录权威排名——马丁格林效率表的主表。

同月，仁硕光能全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率达到28%。半年后，该技术指标再次上升到29%。

2023年3月初，极电光能开发的809.8平方厘米大型钙钛矿光伏组件转换效率达到19.9%，创下行业大型钙钛矿组件转换效率纪录。

2023年4月2日，中国可再生能源学会光伏专委会评选隆基绿能“29.55%钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳能电池效率”为2022年中国太阳能电池效率最高。

“2017年晶硅电池实验室转换效率为26.7%，2022年提高到26.8%，5年仅提高0.1个百分点。从晶硅组件来看，目前主流PERC组件的转换效率约为21%。如果使用异质结等最佳电池，效率可能超过23%，这已经是市场上最好的晶硅组件。但对钙钛矿而言，单结电池效率的理论上限为33%，叠层电池的理论上限为43%至45%。至于单结组件的效率，从长远来看应该是25%到26%。未来，如果能出现效率超过30%的组件，那一定是钙钛矿和某种材料的叠层，单靠晶硅估计很难做到。”范斌说。

他向记者透露，协鑫光电钙钛矿组件试线效率已超过16%，目标是到今年年底达到18%。“上周，我们举行了16%以上的庆祝会，效率一点一点地上升。”

效率更高，成本更低

一方面，效率的“天花板”大幅上升，另一方面，制造成本大幅下降。

钙钛矿电池可以由普通工业化学品和金属制成，并可以印刷在塑料柔性膜上，因为它们与晶硅路线的制造工艺完全不同。晶硅电池必须通过昂贵的高温工艺制成高纯度的硅棒，并切割成硅片。

同时，钙钛矿对缺陷的耐受性很高。它可以溶解在溶剂中，并在接近室温的情况下打印。这意味着理论上，钙钛矿电池的成本只有晶硅电池的一半甚至更低。

南京大学光伏专家谭海仁教授告诉记者：“如果实现大规模生产，钙钛矿电池的成本应该是晶硅电池的一半左右，能耗大幅下降，可能只有晶硅的十分之一。”。

然而，谭海仁认为，钙钛矿电池可能需要3到5年的时间才能取代晶硅电池。一方面，生产能力应该提高，另一方面，组件效率应该与晶硅相似甚至更高。

“钙钛矿的制造成本将明显低于晶硅。以18%左右的钙钛矿电池为例，其成本将比晶硅电池低30%左右，这在主流应用场景中具有一定的优势。”范斌说。

范斌表示，在成本大幅下降后，太阳能产品将受到中国、印度等低BOS（光伏组件除外的系统成本）地区的欢迎。在这些地区，组件成本的下降将对整体成本产生很大的影响，单一的钙钛矿电池应该有很大的机会取代晶体硅。钙钛矿和晶体硅层将在欧洲和美国等高BOS地区更受欢迎。

“当然，随着社会的发展，每个人的BOS最终都会得到改善。也就是说，提高效率是根本。”范斌说。

在范斌看来，钙钛矿是一种通用产品，将成为未来市场的绝对主流。”我们不需要为它设计任何特殊的应用场景，它可以使用晶体硅，它可以使用晶体硅不能使用的地方。”

“总的来说，晶硅的前景一目了然。如果我们想进一步提高整个光伏系统的效率，我们面前的选择只是钙钛矿。这就是为什么工业和投资界现在对钙钛矿持乐观态度。”范斌说。

神秘的产线

诱人的产业前景、广阔的应用空间和蜂拥而至的资本，使得钙钛矿“无人区”不乏闯荡者。然而，这些闯荡者往往对自己采用的技术和设备保密。

记者在协鑫光电试验车间外看到，车间所有窗户都被窗帘覆盖，只能从挂在墙上了解相关设备的名称和用途，包括：用于在透明导电玻璃激光、电池缓冲层和背电极层、透明导电玻璃基底和背板玻璃清洗等。

之后，记者来到无锡企业极电光能，已投产150兆瓦钙钛矿组件试线，启动全球首条吉瓦级钙钛矿量产线建设。在被要求在手机摄像头上贴上“禁止拍照”的贴纸，并承诺在整个过程中不要拿出手机后，记者终于可以参观这个神秘的试线车间。

2022年12月正式生产的生产线主要分为两个车间：前涂层和后试验包装。透过涂层工艺车间的窗口，我看到一条绿色装配线慢慢滚过一台白色设备，线上覆盖着导电玻璃。通过设备内部时，几个激光探头驱动玻璃上的光斑，有时上下移动。

“这是一种激光切割设备。据极电光能工作人员介绍，与晶硅光伏的生产工艺不同，整个钙钛矿产业链很短，只有12道工序。其中，玻璃的磨边和清洗将在涂层工艺车间的前部进行。获得清洁的FTO导电玻璃后，通过传输线将其运输到设备上进行第一个激光切割——将激光切割到玻璃上的几个主电池区域。PVD设备完成后，进入后道进行第一层电荷传输层制备。

这一步完成后，是制备钙钛矿层的关键。工作人员表示，极电光能钙钛矿采用原位固膜两种方法制备，相关设备位于生产线最深处。该方法制备的钙钛矿膜具有更好的整体性能和更高的成膜质量。

记者沿着工作人员指出的方向，只能看到两台大型设备的轮廓。事实证明，从参观人行道上只能看到最外层的设备，真正的关键设备仍然“隐藏在闺房里”。这个看起来不大的车间实际上很深，整个车间占地8000平方米。

工作人员说：“我们的整个生产线布局很深，有100多米，很多主要设备都在最深处，这是大家看不见的。”。

据报道，该生产线整体呈U形。目前，PVD设备、两台激光切割设备和一台激光边缘清洗机主要可以看到。后者利用激光技术去除电池边缘的沉积膜。激光边缘清除后，前道的整个涂层过程全部结束，相当于电池板生产环节。然后，通过绿色传输线，将电池输送到后道的测试和包装车间。

经过多次在线检测，去除一些不良产品后，电池将进行最终包装。

迫切需要克服的问题

钙钛矿产线、设备和工艺的保密工作如此努力，原因是在这个“无人区”玩家需要克服无数的问题，或多或少地掌握一些专利。这些专利是他们摆脱竞争对手并率先穿越“无人区”的秘密。

“钙钛矿制备中最特殊的一点是晶体。溶液涂抹后，溶剂挥发，晶体生长。比如桌上倒了一杯咖啡，咖啡干了就不会形成镜子，一定是一圈一圈的印记，但是你看，我们的钙钛矿层涂上后会长成镜子。用电子显微镜看，它是晶体非常紧密地拼接在一起的。如何控制晶体的生长，可以说是钙钛矿工艺最大的难点，也是最有特色的地方。范斌对记者说。

但这只是一个方面。范斌表示，界面控制、激光加工精度等诸多因素将挑战钙钛矿电池的研发。

极电光能研发专家王良乐告诉记者，大面积钙钛矿材料的成膜是一个特殊的过程。与其他材料的成膜不同，它是一个过程，首先在基板上涂上钙钛矿前驱体溶液，形成均匀光滑的湿膜，然后加热退火，使溶剂挥发，溶质反应成核再结晶。这个窗口期很短，所以对成膜工艺的控制非常严格。

“就钙钛矿的量产而言，目前狭缝涂料和蒸镀机还不够成熟，预计需要1到2年才能真正放量。苏州方盛光电设备部研发总监朱晓钊告诉记者，由于钙钛矿层在大气环境中沉积，大面积钙钛矿电池钙钛矿层的狭缝涂层成膜工艺困难。成膜过程受环境湿度、温度和灰尘影响较大，缺陷较多。同时，干湿混合工艺开关繁琐，增加了从大气到真空的过渡腔室设备成本。

谭海仁表示，钙钛矿电池研发的主要瓶颈是涂层设备和激光标记设备。一方面，扩大产能，另一方面，提高设备本身的性能和产量。”随着时间的投资和工程经验的积累，这两个问题仍然很容易解决。”

资本不断涌入

自2021年以来，随着研发进展的加快，资本市场也掀起了钙钛矿投资热潮。

2021年8月，高战气候变化团队投资钙钛矿研发厂家姚能科技；2022年5月，由腾讯风险投资牵头的协鑫光电完成数亿元B轮融资；2022年10月，纤纳光电完成D轮融资；2023年3月，极电光能完成数亿元A轮融资...

谭海仁对记：“我们去年完成了一轮融资，现在正在进行第二轮融资。”人们说。他的另一重身份是仁朔光能董事长。

该新型钙钛矿太阳能电池研发生产企业目前正在建设一条150兆瓦的中试线，预计将于今年年底投产。

“这条中试线的第一步是做单结钙钛矿，单结工艺运行后再做双结。正常情况下，我们希望在生产线升级后，叠层工艺能达到22%以上的组件效率，从而与晶硅竞争。”谭海仁说。

数据显示，仅2021年至2022年，钙钛矿领域的投资就高达近100亿元。

其中，最引人注目的是世界上最大的薄膜太阳能组件制造商——美国第一太阳能公司5月12日宣布，3800万美元收购欧洲钙钛矿技术领先制造商Evolar，战略布局钙钛矿。消息发布后，第一太阳能股价每天飙升26%以上。

另外，用关键词搜索相关公告，自2022年以来，已有30家a股上市公司公告涉及钙钛矿募集资金。

不仅是光伏企业，一些材料企业也开始转向钙钛矿。近日，广西东兰新材料有限公司完成了1亿元的A轮融资，其产品顺序包括钙钛矿材料。

量产之谜

然而，在接受记者采访时，各方对钙钛矿太阳能电池量产最受关注的时间点有不同的看法。

朱晓钊预计，钙钛矿电池的设备端成熟，重量需要1-2年。

“现在我们还处于试点阶段，只有吉瓦级生产才能被称为大规模生产。我认为可能需要2到3年的时间。”谭海仁说：“一家工厂可以连续大规模生产，年产量达到吉瓦水平，可以被称为真正的吉瓦水平。目前还不是很成熟，主要是因为设备端还不够成熟。”

范斌认为，在达到18%的效率之前，大规模成交量是没有意义的。目前仍处于提高产品性能和进行技术研究的阶段。

“因此，我们目前这条线的核心任务仍然是解决工艺问题和爬行效率。在效率达到18%后，我们将逐步放开产能，最终实现满产。一旦效率达到18%，至少在经济上已经实现了闭环，这是一种可以真正用于盈利的产品，这取决于市场是否接受。“范斌认为，18%的组件效率是大规模生产的起点，目前已经能够将目前的铌化镉组件作为目标。这就是为什么他选择在示范电站放置一排铌化镉组件。

根据范斌的计划，18%的钙钛矿组件效率将在今年年底前实现。这意味着大规模生产的大门有望真正打开。

“如果效率卡在10%到14%之间，我们仍然会怀疑未来，那么当我们踩到16%的效率线时，背后的情况就会越来越清楚。我们现在正处于这个阶段——16%已经踏实，最困难的道路已经走过。背后可能会有很多挑战，但我们越往前走，‘无人区’的道路就越清晰。”范斌说。