欧美钙钛矿公司加速竞赛，专家：钙钛矿电池商业化在于硅的背面

在 Swift 太阳能公司的实验室里，可以看到十几副大约手肘长的橡胶手套，正如手臂一般在半空中沿水平方向摆动。

这些手套从齐腰高的玻璃墙外壳中伸出，其运动由气态氮驱动，这样设置的目的是保证工作空间的干燥性和气密性，从而更好地保护需要精密加工的太阳能材料。

在实验室的一个角落里，技术员罗杰·汤普森（Roger Thompson）将双手合在了一起，然后开始在一块金属板上开槽。

而在这之后没多久，一条传送带就会将这块金属板运到一扇金属门之后，在那里一层用于传导电流的化学涂层将会被涂在该金属板上面，Swift 公司的 CEO 乔尔·简（Joel Jean）将这一步骤称为“黑匣子魔法”。

这个位于美国硅谷的实验室由 Swift 公司经营，该公司也是正对下一代太阳能技术的进行试验的众多公司之一。

这家初创公司也在努力赢得下一代太阳能电池的商业化竞赛，也就是在太阳能电池传统采用的硅上叠加一层钙钛矿材料。

将硅与钙钛矿这两种可吸收不同波长阳光的材料堆叠在一起，可以达到提到太阳能电池板效率的效果，进而使每个电池板产生更多的电能。

因此，钙钛矿串联太阳能电池不仅可以降低成本，还能够使电网中的可再生电量增加。

尽管该技术具有长远的前景，但其商业化之路并不平坦，十多年来，公司和科学家们不断在对这项技术进行修正，但一直没有成功。

对于太阳能用途来说，钙钛矿这一材料有些过于不稳定，它对水、热和光等都很敏感。而一些研究人员则警告说，留给这些研究的时间可能不多了。

美国西北大学从事钙钛矿技术研究的助理教授 Bin Chen 指出：“如果未来两三年内仍没有商业化的钙钛矿产品，市场对这项技术的信心可能会降低。”

与此同时，包括 Swift 公司在内的初创公司和研究人员在如火如荼地进行研发，最近他们在提高钙钛矿的耐用性方面取得的进展，也让他们更加大胆。

最近几个月中，一些大型太阳能公司对于一些钙钛矿初创公司的试点生产线的投资或收购，也给这一技术投下了信任票。

现在这些公司必须要做的，就是证明他们可以克服那些困扰钙钛矿技术多年的困难，并且生产出上百万块效率能够打破此前记录的太阳能面板。


硅的“背面”

要想将钙钛矿太阳能电池成功商业化，关键是要将钙钛矿与经过验证的太阳能技术结合，这不仅可以提高钙钛矿的稳定性，也能继续提振来之不易的市场信心。


（来源：SWIFT SOLAR）

美国普林斯顿大学电气和计算机工程系教授巴里·兰德（Barry Rand）对媒体表示：“钙钛矿电池商业化的主要切入点，其实就在硅的背面。”

目前全球市面上销售的 90% 以上的太阳能电池板都是由晶体硅制成的。几十年的技术经验，使得开发商们已经知道如何围绕这项技术进行项目的规划，投资者也已了解如何对采用这一技术的项目进行定价。

而如果可以在晶体硅面板上加上一层钙钛矿，则可以让太阳能公司在竞争激烈的行业中占据强有力的优势。

致力于提供咨询研究服务的彭博新能源财经公司（BloombergNEF）的太阳能行业分析师杰尼·查斯（Jenny Chase）指出：“谁能破解这一难题并制造出更好的太阳能模板，谁就能从中赚大钱。

获利的想法主要在于，由于该技术的效率更高，每一瓦电量都能够以更低的成本生产出来，然后可以再溢价出售。”

但是这说起来容易做起来难。钙钛矿是由金属卤化物组成的，具有独特的晶体结构，目前主要面临两大挑战亟待解决：耐用性的提高和生产规模的扩大。

尤其是钙钛矿可以与空气中的氧气发生反应，在暴露于光照环境时会被降解，这些特性对于太阳能产品来说是一个相当大的问题。

为了生产出结构更稳定的钙钛矿串联电池板，许多公司采用了蒸发、印刷（类似于报纸的墨水印刷），甚至是“旋涂”（一种看起来类似 20 世纪 90 年代旋转艺术的技术）等计划，来将钙钛矿层覆盖在太阳能电池上。此外，改变钙钛矿层的组成成分也可以帮助它们持续更长的时间。

Chen 和兰德是两个项目的合作者，这两个项目获得了美国能源部数百万美元的支持，旨在对更耐用、更快商业化的钙钛矿硅配置进行测试。

这些项目的其他参与者还包括一些大学、几家钙钛矿初创公司（包括 Swift 公司）和美国国家可再生能源实验室。


持久力

兰德和他在普林斯顿大学的团队致力于防止钙钛矿的降解的研究，他对媒体表示，在过去七年间，该领域已经取得了长足的进步。今天的太阳能面板已经通过采用更好的封装，可以达到防水的效果。

现在所需做的其实只是一个“消除游戏”，也就是确定出钙钛矿电池中哪些化学成分最有可能发生反应，并将它们置换掉。但他认为，进一步的实验并不会阻碍商业化的步伐。

他说：“我认为已经取得的成果已经足以让我们确信这一技术值得投资。但这并不代表我们已经完成了该做的工作，仍有许多需要突破的困难，尤其是在稳定性方面。”

Swift 公司的联合创始人兼首席技术官托马斯·莱顿斯（Tomas Leijtens）说，该公司现在已经可以做到将电池暴露在被光照的、温度高达 70°C 的环境中操作仍不会降解。

他坐在一张放置有粉色的钙钛矿模型的桌子旁说道：“我想说的是，这在五年前是不可想象的”。

但是这个行业还需要确保的是，每一块电池都必须是耐用的；每一年，全球的各家公司所生产的太阳能电池板的数量高达数亿块，每块电池板都包含数十个电池。

在这些电池面板被投入使用之前，必须通过严格的行业测试，例如快速温度交变测试、湿度和冰雹测试等。

成立于 2017 年的 Swift 公司现在还没有开始进行独立的电池板的测试，目前该公司已经可以在实验室中对电池进行某些条件的测试，也在其屋顶上安装了一块面板。

而像 Swift 和 Oxford PV这样的初创公司，正在与该行业的最大的其他公司合作，以期将其技术推向市场。Oxford PV 公司是一家从高校实验室分拆出来的英国公司，Swift 公司的创始人也曾在该实验室工作过。

根据 Oxford PV 公司的公开信息，该公司将于 2024 年晚些时候开始向客户交付钙钛矿串联太阳能电池板。2023 年 5 月，总部位于亚利桑那州的美国太阳能制造商 First Solar 也收购了一家名为 Evolar 的欧洲钙钛矿公司。

First Solar 公司的 CEO 马克·威德马（Mark Widmar）在其收购 Evolar 的新闻稿中指出，他们相信“高效的串联光伏组件将决定未来。”

就在几天后，另一家总部位于韩国的顶级制造商 Hanwha Q Cells 公司表示，将投资 1 亿美元建立一条钙钛矿串联电池试制线。

2022 年，Hanwha Q Cells 公司资助创建了 Pepperoni 公司，这是致力于一家钙钛矿串联电池欧洲公司。


图 | Oxford PV 公司计划于 2024 年开始其串联太阳能电池的交付。（来源：DAVID ALCOM/OXFORD PV）

从事与钙钛矿电池研究的人员认为，串联电池的商业化所需要的可能只是几年的时间，而非几十年。

简说，Swift 公司希望在四年内将产品商业化。而《通胀削减法案》中的激励措施，包括对在美国制造的清洁能源产品的信贷，也将会有所帮助。

但是，对于钙钛矿太阳能技术既有支持者，也有持怀疑态度的人。查斯说，如今的硅太阳能电池面板已经足够好，足以帮助世界向清洁能源转型，并应对气候变化。

长期以来，查斯对钙钛矿颠覆太阳能行业现状的能力一直持怀疑态度。她说：“仅仅通过热度和势头是不可能制造出新的半导体技术的，而是需要技术来工作。”

然而，考虑到让整个电网实现碳中和仍需要大量太阳能，钙钛矿技术的支持者认为，对于效率的每一点提高都至关重要。

莱顿斯表示：“虽然硅太阳能面板很好，但钙钛矿串联太阳能电池更好。在应对气候变化的斗争中，我们需要加快步伐，而不仅仅是说，‘哦，这已经足够好了，我们已经完成了。’一切都有可以继续改善的空间。”