钙钛矿可以使太阳能电池板比单独的硅更有效率

但是，他们在实验室中的出色表现会转化为真正的市场动力吗？Caelux和其他串联太阳能初创公司押注答案是肯定的。

查尔斯·徐苏里亚教授持有钙钛矿-硅串联太阳能电池，该电池在2016年实现了世界上最高的功率转换效率。（郑凯侃/南华早报/盖蒂图片社）

追梦钙钛矿

10月19日，初创公司Caelux认为，其“串联”太阳能技术将钙钛矿光伏与市场主导的硅相结合，将产生更高效的太阳能电池板。该公司最近从印度企业集团Reliance New Energy获得了1200万美元的投资，以将这种新方法商业化。Vinod Khosla对下一代太阳能并不陌生，他也是加州理工学院分拆的投资者，该公司总部位于加利福尼亚州帕萨迪纳。

像Caelux这样的串联太阳能初创公司在传统的硅电池上放置了一个由钙钛矿（一类晶体材料）制成的吸光层。这种双材料结构有可能突破单结硅的效率障碍，因为硅和钙钛矿材料的波长灵敏度不同。

在过去的10年中，商用硅基硅组件的平均转换效率已从约15%提高到20%以上，预计到本十年末将达到23%至24%的效率，接近该技术的实际极限。

随着钙钛矿层的增加，“你会看到20%到30%的相对效率提升，”Caelux首席执行官斯科特格雷比尔告诉金丝雀媒体。“所以你说的是效率为27%到29%的模块。

有了更高效的太阳能电池板，可以从一块土地或屋顶产生更多的电力，使太阳能发电 ，这种已经是历史上最便宜的电力形式，可以更具成本效益。

但事实证明，商业上可行、效率更高的非硅太阳能组件是难以捉摸的。在过去十年中，数百亿美元的风险投资和企业资金被用于追求这一目标，其中大部分都是徒劳的。

钙钛矿的优缺点

今年初，南方科技大学电子与电气工程系副教授王恺课题组在蓝光钙钛矿LED领域和钙钛矿单晶薄膜生长机制方面取得研究进展。

科学家们多年来一直在研究钙钛矿技术，但最近的进展使人们对商业规模的串联模块的潜力感到兴奋。

本月早些时候，荷兰的研究人员宣布了钙钛矿-硅串联电池的突破，效率达到30%，他们称之为“加速能源转型的一大步”。其他研究实验室也宣布了里程碑。

钙钛矿有一些有希望的特征：

钙钛矿材料和串联结构的英雄实验效率提升速度惊人，超过了其他技术。

钙钛矿可以由富含地球的材料生产。

钙钛矿有被回收的潜力。

钙钛矿电池可以使用成本更低、更宽容的基于油墨的印刷工艺制造，而不是复杂的半导体设备。

根据Graybeal的说法，制造钙钛矿中使用的低温工艺意味着能源投资回收期比最先进的光伏技术更短。但是，关于钙钛矿寿命，降解和稳定性的问题迫在眉睫。

证明串联电池的长期可靠性需要数年时间，并且需要对钙钛矿的失效模式和降解路径有很好的了解。根据Graybeal的说法，钙钛矿在太阳能串联模块中的早期将具有“略高于硅的降解速率”。

“为了在市场上具有竞争力，钙钛矿的长期耐用性必须经过测试和验证”，美国能源部在2020年宣布2000万美元资金用于推进钙钛矿太阳能光伏技术时表示。今年早些时候，pv杂志指出，钙钛矿的有效测试尚未走上正轨：“需要进行大量测试，但今天的测试面向商业化的光伏技术（Si，CdTe等），不太可能捕获与现场钙钛矿模块相关的所有故障模式。

使用硅，而不是反对硅

迈克尔·格拉策尔，瑞士洛桑联邦理工学院教授，被誉为“染料敏化太阳能电池之父”

与硅竞争是一场艰苦的战斗。今年将在全球部署超过200吉瓦的太阳能发电能力，其中绝大多数以硅光伏电池板的形式出现。硅的长期行为和故障模式已经得到很好的理解，使模块生产商能够提供25年的保证。

因此，就目前而言，大多数钙钛矿太阳能公司都专注于生产包括硅在内的串联产品，而不是面对面的竞争。

虽然Graybeal确实设想了一个包括纯钙钛矿模块的未来，但他承认，大规模部署这项技术的唯一方法是“将钙钛矿与硅太阳能相结合”，并补充现有的光伏制造基础设施。

“我们从客户那里托运玻璃，他们已经规格并符合其产品的要求。”将我们的专有材料堆栈放在玻璃上，然后将其移动到他们的模块制造业务中，Graybeal解释说。他说，钙钛矿工厂必须靠近一个主要的物流节点，靠近客户的组件制造商，才能做到这一点，“这是我们计划的一部分。尽管钙钛矿是我们产品组合的一部分，但扩大和扩大工厂规模的能力也是我们正在开发的一项能力。”

Caelux投资者信实新能源是印度最大的私营企业信实工业公司的子公司，正在与该创业公司建立战略合作伙伴关系。信实新能源正在古吉拉特邦的贾姆讷格尔（Jamnagar）建造一座全球规模的太阳能工厂，计划将钙钛矿纳入其生产的一些模块中。根据Graybeal的说法，这种合作关系意味着Reliance基本上已经售罄了工厂运营的第一年半，而这比现金投资更重要。

“如果你要将任何产品推向市场，你必须开始批量生产。我们不能都坐在那里玩我们的两英寸乘两英寸的设备。我们需要10年的时间才能实现下一个技术飞跃”，首席执行官说。他补充说：“一级制造商将把我们放在一个带有我们技术的模块上之前，先让我们步伐。”

这位首席执行官以典型的创业热情表示，他预计Caelux的串联模块以及25年的保修期将在2024年下半年推向市场。

钙钛矿竞争者

卡勒并不是该领域唯一的公司。金丝雀去年报道了由美国晶圆制造商1366技术和亨特钙钛矿技术公司合并而成的CuppPV，后者也在研究串联模块。该文章列出了其他初创公司，这些初创公司正在使用一系列设备架构和制造工艺开发钙钛矿和串联太阳能材料。

BlueDot光子学使用“连续闪热升华生产”技术来提高钙钛矿光伏的效率。

能源材料公司正在开发一种沉积在柔性基材上的卷对卷钙钛矿。

微量子半导体正在用玻璃封装的钙钛矿制造面板。

牛津光伏正在开发钙钛矿硅串联太阳能电池和组件。

Saule技术正在开发一种喷墨打印技术，用于制造包装在可弯曲塑料上的钙钛矿太阳能电池。

Swift Solar将钙钛矿太阳能电池堆叠成串联电池，并可以将其钙钛矿层沉积在柔性基板和箔片上。

Tandem PV的目标是在玻璃面板上单片打印薄膜钙钛矿，并将其机械地堆叠在硅电池的顶部。

无锡UtmoLight声称已获得日本电气安全与环境技术实验室认证中的18个。其大面积756cm²钙钛矿太阳能组件的效率为2%。这家中国公司表示，它正在其150兆瓦的组件生产线上进行试运行，它声称该生产线是钙钛矿太阳能的“世界上最大的”。

其他非常早期的钙钛矿初创公司包括超越硅，无印良品电气，SoFab油墨和佛得角技术公司。

但就目前而言，钙钛矿仍占全球太阳能市场份额的百分之零。