硅料暴涨，新品现世，光伏行业或将迎来巨变！

据安泰科的多晶硅价格公布，硅料已从年初87.6元/KG(单晶复投料)涨至现在的269.9元/KG，足足翻了3倍，而光伏组件的涨幅却不足50%…

面对这种极寒情况有一种技术却在悄悄发展，渐成惊人之势!

一、薄膜电池的发展

早期的学者们已经在薄膜电池的道路上留下了探索的脚步，比如硫化镉(CdS)薄膜电池诞生于1962年，虽然在商业化的道路上迟迟没有更大的进展，但是，它的出现引发了薄膜电池的研究热潮。在随后的几十年间，多种薄膜电池材料被开发了出来，如硒化镉、锑化铟、碲化镉、铜铟镓硒、非晶体硅、砷化镓、以及近年来大热的钙钛矿等等。

在NREL的太阳能电池效率追踪表中可以看到钙钛矿电池在近10年内发展迅速，目前实验室效率已经在20%以上，或将成为近几年最有希望大规模应用的薄膜电池技术，目前钙钛矿产业化技术较为成熟的企业有杭州纤纳、协鑫光电等等。紧随其后的是碲化镉与铜铟镓硒太阳能电池，FirstSolar与汉能等企业均有相应的量产化开发。

薄膜电池的优势有几个方面:

1.理论成本低;

2.轻薄透光，适用于BIPV设计，构建未来绿色建筑;

3.色彩多变，在发电的同时可以为建筑带来不一样的风采;

4.像钙钛矿、碲化镉、铜铟镓硒这类的材料，能带宽度大于晶体硅电池，能够用于制备晶体硅叠层电池，拓宽光谱的利用率，进一步提高太阳能电池的理论效率。

由钙钛矿电池和晶体硅组成的叠层电池理论转换率极限可达43%。

二、各类薄膜电池的特点

1. 钙钛矿电池

钙钛矿(perovskite)是一种结构为ABX3晶型的材料，其中A为有机阳离子(如CH3NH3+)，B为金属离子(如Pb+、Sn+)，X为卤素阴离子(如Cl-、Br-、I-)或者SCN-。在2009年，日本的宫坂教授最早将钙钛矿材料用于太阳能电池，并获得了3.8%的光电转换效率。在全球科学家的努力下，钙钛矿太阳能电池的效率突破20%，接近传统的单结薄膜太阳能和晶体硅太阳能电池的效率。同时钙钛矿材料的能带有着可调节性，更有益于叠层电池的应用。

钙钛矿太阳能电池结构

Source：Inorganic caesiumlead iodide perovskite solar cells

某些材料在特定条件下，会形成规则化的排布，如下图所示。这种结构便是常见的钙钛矿材料结构，在这种结构下，材料本身的颜色也会呈现出常见的棕褐色。

Source：Inorganic caesium lead iodideperovskite solar cells

目前来看，钙钛矿材料对水汽或高温较为敏感。直接暴露的高湿环境下，形成的钙钛矿结构将会快速失效，变为非钙钛矿结构，同时特有的棕褐色也会发生变化(如下图，水滴滴在钙钛矿材料表面时，颜色发生了明显的变化。所以，材料稳定性与封装的研究至关重要。在2021年初，杭州纤纳重磅宣布了全球首个通过了基于IEC61215标准的加严稳定性证书，迈出了钙钛矿组件商业化坚实的一步。

2. 碲化镉电池

目前碲化镉光伏产品在薄膜细分领域做得相对更加成熟，特别是欧美等区域，这种材料在炎热潮湿的环境中发电表现效果好。在这一细分领域，Firstsolar产品做的相对较好，效率达到了18%+，同时在十几年的发展中主导了这一细分领域，在气相运输沉积等关键技术上形成了很高的壁垒。

但是碲化镉组件中含有大量重金属元素，组件回收将成为一项需要重点关注的问题。同时在生产过程中有剧毒物质需要排放，所以在危废处理及环保环节需要重点进行考量。同时带隙相对固定在1.44ev，在叠层电池方向的应用或受到一定限制。

Source：A review of thin film solar cell technologies and challenges

3.铜铟镓硒电池

与钙钛矿类似，带隙同样可调(1-1.6eV)，也有用于叠层电池的潜力。相比于目前常见的170-180um厚度的晶硅硅片，铜铟镓硒电池所需的材料厚度仅需1.2-4um，明显薄于现有的晶硅电池。同时，现在的实验室电池效率也已经在22%以上，未来非常有希望进入现有光伏发电市场。

但目前铜铟镓硒电池相较于碲化镉电池来说，价格上仍有一定的路需要走。

Source：A review of thin film solar cell technologies and challenges

三、薄膜电池的展望

目前钙钛矿、CdTe和CIGS的商业化在国内已经走了好几个年头,投了不少钱,也扩了许多产线, 降本也在不断实现, 比起晶硅组件还是有一段路需要走。但随着电价的上浮、技术的不断完备，相信在BIPV，甚至于地面电站上，将会逐步有更多薄膜电池的身影出现。