破局“无人区”：中国钙钛矿首条GW级产线背后的七年突围战

钙钛矿不再是试验品，第一次真正变成了工业品。

这个春天属于钙钛矿

江南四月，草长莺飞。

春节刚过，极电光能（简称“极电”）就投入到紧张的“建设、运营、实验、测试”的工作中，办公楼还没有完全建好，设备产能爬坡，实验室配方调配，厂区内自有项目应用还在不断增加……极电的这个春天注定忙碌。

极电中试的0.72㎡钙钛矿组件被用作园区围墙，新建大楼的外立面也在适当的地方加以利用，彩色和带图案的BIPV组件被用于办公楼的玄关背景墙，但今天的主角不是它们。

近期，极电光能GW级大尺寸钙钛矿光伏组件生产线于此落成，是全球第一条面向大尺寸批量化生产的钙钛矿组件生产线。产线长达300多米，前后道十几个工序。

“GW级”、“大尺寸”，无论是哪个字眼，在钙钛矿领域都是里程碑式的事件。

无人之境

近年来，晶硅电池技术潜力基本开发完毕，钙钛矿电池得到热捧，一时间大量研究与资金资源投入其中，又因其在刚起步阶段，很容易在某一个方面出研究成果，所以也被戏称为“最容易发SCI的技术”。这其中有理论派，自然也有更注重实际生产与应用的实践派。

十年前，长城集团董事长魏建军被人问了一个问题：“新能源车，电车是洁净，但只是使用过程的清洁，源头清洁怎么实现？”于是他决定做光伏，组建极电光能，从源头上生产清洁电力产品。

极电的团队非常均衡，有人专注学术研究，也有人在打造产品方面经验丰富，同时工程化团队能力非常强，产业化经验丰富，履历完整。

带头人于振瑞博士有着二十多年光伏学术研究经历，2009年到现在一直从事产业化的工作，中间还包括电站设计经历。

“当我做了产业化研究后才发现，与学术研究相比，二者的基本思考问题的逻辑有很大不同。”于振瑞指出学术研究是为了解决科学问题，产业化研究则是将产品卖出去。“我常常和大家讲，技术不等于产品，产品也不等于商品。”他顿了顿，“我们要为市场提供非常好的商品，支撑商品的是产品，是解决方案，而只有得到市场认可的产品才叫商品；支撑产品的是技术，我们重点开发的是对产品有用的技术，这是我们的战略思考。”

所以极电团队一开始的目标就是明确的：做有实际应用价值的大尺寸钙钛矿组件。

“对光伏产品来讲，最终产品形态，肯定是大尺寸，这是先决条件。”于振瑞指出钙钛矿组件四大要素“大尺寸、高效率、高稳定、低成本”中，大尺寸是前提。“这是我们的基本思路。”

逆向推导，以终为始

一开始，极电团队也不知道这条前所未有的生产线应该是什么样子。

2018年极电成立之时，预计五年初见成效。“现在看当时的预期稍微有点乐观。”于振瑞笑笑，“规模化和大尺寸化的过程中，遇到了很多当初意想不到的困难。”

预计五年，实际花了七年。

这确实是近二十年的光伏历史上从未遇过的挑战：晶硅电池技术的奠基远早于产业爆发，工艺路线与所需装备基本齐备，而钙钛矿无论是材料配方、工艺思路还是装备都没有先例。

七年间，极电团队一直以理论研究为基础，瞄准产业化开展工作。

理论和实践，两手都要抓。

在电视剧《功勋》中，钱学森主持“两弹一星”工作时，面对这些世界级的难题，提出了一种叫“反向研究”的方法，通过已知的结果来反向设计导弹的图纸。

钙钛矿组件每一层膜都要大面积沉积，每一膜层都很薄，其中发电层厚度仅0.5微米，其它膜层更是只有十几个纳米厚度，在大尺寸下的精密控制是工艺核心。

极电团队也选择反向推导，钙钛矿大尺寸制膜是前提，也是钙钛矿生产过程中最核心的技术之一，随后加上精密激光加工和高精密封装 。他们选择从薄膜电池和面板这两个领域寻找解决方案，如显示屏生产中的部分技术特别适合钙钛矿组件制备。

“我们从这两个行业寻找最先进的供应商进行联合开发。”在狭缝涂布设备和真空蒸镀设备方面，极电分别找了面板行业最大的涂布设备和真空蒸镀设备供应商。对于如何把这些大面积镀膜设备用于钙钛矿组件的生产，极电分别和两家供应商共同研究，提出设备的优化设计方案，匹配钙钛矿的制造工艺，提升控制精度；先进制造环节越来越离不开激光，极电的最新生产线中有至少四道激光工序，他们也选择了与激光行业的龙头企业联合研发。这一模式大幅提高了极电光能150MW钙钛矿组件中试线的建设进度，“在中试线建设的设备选择上，我们几乎没走弯路，一次成功！”于振瑞欣慰的告诉记者。

大部分的工作开展于2021年，设备厂商开始也会抱着怀疑的心态试水。作为长城系的公司，魏建军要求各个机构决策必须坚决执行“蓝军机制”，极电的每一个重大决策也都是经历了团队的多角度论证。2021年上半年，极电就想开始中试线的建设，但“蓝军”认为步子迈得太快，希望30cm*30cm做好之后，再推进下一步。

2022年初，中试线建设启动；到2022年底，中试线成功建成。2024年底，在0.72㎡尺寸上实现了稳态效率18.1%的全球行业公认最高纪录，标志着在钙钛矿量产的“无人区”的拓荒工作初步完成。

极电也将好几家设备企业带入了钙钛矿行业，目前他们的设备成为不少其它钙钛矿组件企业的首选。

稳效协同——钙钛矿成败关键

极电的商业化之路开启的非常早，是典型的“干中学”。“这两年我们做了不少项目，而且各种类型都有，有些比较好，有些不够好，但都给我们产品改善提供了非常宝贵的借鉴。”于振瑞认为，极电产品现在的高效稳定，离不开市场的反复锤炼。

去年7月，国家光伏质检中心CPVT利用极电0.72m²的钙钛矿组件在银川实证基地建了一个钙钛矿与晶硅组件的对比实验电站。根据CPVT公开的数据，钙钛矿组件比晶硅PERC组件的单瓦发电量高了11.85-16.1%。最近，一位客户给于振瑞发来反馈，其在广东今年并网了2个多月的30kW钙钛矿组件发电量比同一个场址的30kW晶硅组件发电量高了20%。于振瑞也非常吃惊，“没想到发电性能这么好，我们在实验室中测算的结果是，和PERC相比，钙钛矿的发电能力提高8-10%之间。”

在自己的电站中，极电的钙钛矿组件已经稳定运行了一年半，也拿到了行业第一张TÜV认证证书。同时在国家电投大庆实证基地有1MW的钙钛矿组件正在进行实证测试。“这挺需要勇气的。2024年在各类电站上的实证数据给了我们底气，让我们敢于在国家电投的实证基地进行实证测试。”于振瑞不禁感慨。上个月，于振瑞专程去了一趟该基地，对用自己的产品建设的已经并网2个月的1MW实证电站进行了考察。“当看到我们的组件在蓝天白云之下超发运行时，我还是禁不住有一点激动的。”于振瑞向我说这话的时候，喜悦之情溢于言表。

圈内人最关心的是尺寸，但外界最关心的则是稳定性问题。

通过这些数据，极电向全行业证明了业界最关心的问题：钙钛矿不但稳定，而且发电量也非常好。

此前，钙钛矿最被外界质疑的就是有机物的稳定性问题，以及衰减原理解释不清，有的钙钛矿组件衰减非常快，而有报道显示，有些钙钛矿在经过12600小时光照后，效率不降反升。

通过实际生产与测试，极电也在慢慢揭开钙钛矿发电与衰减的秘密。

钙钛矿作为有机物，单纯看其稳定性确实没有办法媲美作为无机物的晶硅。但钙钛矿晶体的内部结构比较稳定，不稳定的是晶粒边缘，通过做大晶粒，减少晶界间的接触面积，钙钛矿材料的稳定性就会更好。于振瑞介绍，“钙钛矿是多晶薄膜，把钙钛矿晶粒的尺寸做大，稳定性就会大大增强。光作用于钙钛矿晶格，会在一定范围内引起晶格的微调，释放其内部应力，修复一些内在缺陷，使钙钛矿结构更加完美，更有利于电荷传输。这就是上述说的组件效率光致增长的原因。”

进一步提升钙钛矿材料本征稳定性的办法还有很多，比如通过添加剂工程，钝化其内部晶界缺陷，并增强其化学键，使材料更加“结实”，原子分子之间的键合更稳定等等。“此外，硅是共价键，钙钛矿是离子晶体，化学键没有晶硅那么强，我们通过添加剂，让它的化学键的键能提升。”于振瑞表示。

于振瑞透露极电团队还致力于通过材料组合提升组件的稳定性，“同时，上下膜层的匹配也很关键，钙钛矿发电层是做在一层氧化镍上面的，二者之间也会发生反应，导致钙钛矿分解，所以中间要做好钝化，不只是这两层，所有膜层之间的配合，工艺优化都要做好。”

于振瑞给索比光伏网分析：“有很多方法都能够提升稳定性，钙钛矿组件的稳定性是一个系统工程，钙钛矿材料本身的稳定性只是因素之一，还要通过其它手段提升其综合稳定性。”

实证也表明，钙钛矿是可以做到稳定的。

2022年，普林斯顿大学的一篇论文显示，钙钛矿电池可以在标准太阳下，工作51000小时；去年南京航空航天大学中型尺寸钙钛矿组件在30°室温，标准太阳条件下，工作43000小时，还保持着原来组件80%的发电效率。

极电希望通过实证案例和大尺寸组件的下线，让外界对钙钛矿的印象从“有潜力的技术”变成真正的“好技术”。

这个过程中，极电奠定了大部分量产的工艺技术，产品实现稳定性和效率协同提升，下一步要做的，就是生产“真正的好产品”。

2.8㎡钙钛矿组件。

钙钛矿的一大步

2023年4月，完成规划设计的全行业首条GW级大尺寸钙钛矿生产线开建，下半年完成设备选型，2024年年中设备进场，2024年10月底，首片组件下线。

目前，极电大尺寸钙钛矿组件出货了十几MW，虽然相对晶硅体量不大，但对于钙钛矿技术来说，却是这个赛道极为重要的一步，钙钛矿不再是试验品，通过自动化生产线，可以批量生产、销售、运输到客户项目上，第一次真正变成了工业品。

大尺寸钙钛矿组件的性能也在不断地工艺改进和设备调试下持续提升。去年年底，极电钙钛矿组件测试功率450W，目前已经接近470W，全面积效率16.7%。

目前昆山协鑫光电、纤纳、京东方等企业也都在建设大尺寸GW级钙钛矿产线，在这个过程中，材料和工艺从百家争鸣，到慢慢靠近趋同，钙钛矿企业在齐心协力找一条最优的道路。

去年夏天，一位行业领袖专程带队来极电，技术出身的他与极电团队交流非常透彻。临别之际他说，“通过这次参观，我对钙钛矿技术有了新的认识。”

这家公司是晶硅企业中最早从事叠层研究的晶硅企业之一。单结钙钛矿技术脚踏实地的发展，给了叠层电池研究人员很大的支持。于振瑞认为“单结做不好的话，叠层只能是空中楼阁。单结与叠层技术并非替代关系，各有各的优势，各有各的应用场景。”

目前晶硅光伏组件价格低迷，作为新技术的钙钛矿自然也承受压力。“在完成大尺寸和稳效协同的基础工作后，我们正在加快降本增效工作，提良率，降成本。”于振瑞表示，“市场也逼着我们加速奔跑。”

目前钙钛矿在BIPV市场颇受欢迎，极电也在积极拓展 “在功率以外有多元化功能性需求”的应用场景。“我们也在研发新装备。”于振瑞最后透露，“更先进的制程和装备都在开发中，如果真的可行，产品结构设计都可能和现在大有不同。”

极电光能联合创始人、总裁于振瑞

文章来源：索比光伏网

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