认识钙钛矿，一种可以改变我们太阳能未来的神秘矿物

TOPCon电池、异质结（HJT/HIT）电池均属于传统晶硅电池，为第二代光伏电池技术，钙钛矿电池则是第三代非硅薄膜电池的代表。

而钙钛矿/晶硅叠层电池是这两条技术路线的结合体，为钙钛矿太阳电池和传统晶硅太阳电池叠加形成的双结太阳电池，简单来说，是指将钙钛矿电池串联在晶硅电池表面。

目前纯钙钛矿电池尚未完全攻克效率衰减过快的问题，钙钛矿/晶硅叠层电池有望成为最佳的产业化落地技术。

从性能上看，钙钛矿/晶硅叠层电池通过组合的优势，拓宽了吸收光谱，获得比单纯晶硅电池或钙钛矿电池更高的光电转化效率，理论转换效率可突破30%。

在理论极限转换效率上，HJT、TOPCon、钙钛矿单层电池的极限效率分别为27.5%、28.7%、31%。

值得注意的是，钙钛矿/晶硅叠层电池有望为HJT为代表的异质结电池创造更多的可能性。这是因为，异质结电池技术与钙钛矿电池技术均属于低温工艺制程，两种技术的生产设备相容性比较高，且异质结电池为双面发电，本身就有薄膜制程。

所以钙钛矿技术更容易在异质结电池的基础上做叠层。而TOPcon电池技术属于高温工艺制程，本身也没有透明导电膜，要叠加钙钛矿技术的难度天然高于异质结技术。

近年来的研究发现，具有钙钛矿晶体结构的甲脒（FA）钙钛矿材料由于具有很高的光吸收系数、很长的载流子传输距离、非常少的缺陷态密度等优异性质，在太阳能电池、发光器件、光电探测器、激光器、光催化、光检测等领域应用前景巨大，成为国际上极为重要的研究热点材料之一。

目前，中国计量科学研究院认证的，300cm²的大尺寸钙钛矿光伏组件已经创造出18.2%的转换效率，创造新的世界纪录，进一步验证了钙钛矿光伏创新技术产业化的可行性。

全球范围内多家公司都不约而同提速了钙钛矿电池商业化量产的步伐，在科研方面，国内几乎所有的理工科院校都在开展与钙钛矿有关的课题研究。

钙钛矿电池的产业化时机已经逐渐成熟，其商业化发展速度很可能会刷新许多人的认知。

2019年6月， 科技 部发布国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”等重点专项2019年度项目申报指南的通知，其中在太阳能一项中，特别提出为 探索 大面积太阳能电池制备技术，开展高效稳定大面积钙钛矿电池关键技术及成套技术研发，解决大面积钙钛矿电池稳定性问题。

新技术的推广，首先要有一个成熟产业的技术作为支撑，正如晶硅电池的产业化有半导体产业技术为基础一样，钙钛矿电池的制造产完全可以采用液晶面板行业的设备和技术，而且对技术和工艺的要求同样也要更低一些。

同时，国内高等院校的理工科专业均开展与钙钛矿相关的研究课题组，为行业发展培养了一定基数的技术人才；大企业纷纷布局，不断提高钙钛矿电池的光电转换效率，加速推进钙钛矿电池的商业化进程。

钙钛矿是一种化合物电池，其原材料来源于基础化工材料，有多达几万种原材料可供选择，完美避开对有限原材料的资源依赖。

而相比晶硅电池对硅料的需求，钙钛矿电池对于原材料的需求要少得多。一块72片电池的晶硅组件对硅的消耗量约为1公斤，而同等面积的钙钛矿电池组件只需要钙钛矿材料2克左右。

稀缺问题之外，材料的可突破性对于技术的发展前景可能更为重要。只有依托于那些具有可设计性和可迭代性材料的技术，未来才有更大的发展空间。

钙钛矿的晶体结构，是不会被卡在某个数值（目前最高光电转换效率记录是29%），复杂的原理我就不赘述了，有一点要强调的是，钙钛矿并不是一种矿物，而是一种结构的统称，具备这种结构的人工合成材料，统称为钙钛矿。同时钙钛矿对杂质并不敏感，纯度只需要做到90%就足够了，甚至为了增加材料之间的强度，还可以在涂布时主动添加粘合剂、增强剂一类的“杂质”，综合各种优势，决定了钙钛矿作为太阳能电池具备的独特优异性能。

目前市面上的钙钛矿材料以粉末居多，能稳定合成钙钛矿单晶的研发生产机构屈指可数。其中，中山复元新材料有限公司旗下的珀优思品牌，专注研发与生产钙钛矿材料，具备几十种钙钛矿前驱体材料的合成与销售。

尤以甲脒（FA）钙钛矿单晶为拳头产品，实现稳定合成，平稳供货，与国内多所知名院校与企业建立深度合作关系；围绕合成钙钛矿所需的前驱体材料，形成完善的供应体系；在材料配方、制备工艺、产品结构设计方面构建钙钛矿技术领域的核心优势。

在“双碳”背景下，节能减排已成为各行业发展不可逆转的趋势，大力发展清洁能源已成为 社会 的一致共识。珀优思—钙钛矿材料首选提供商，期待共同开创与见证钙钛矿能源时代的来临。

深思熟虑了一下，钙钛矿不是perovskite么？那个深居地下的东西，怎么也会出来晒太阳？于是乎，我在度娘里搜了一下“钙钛矿”。发现除去没有必要的广告（广告也是太阳能电池的），“钙钛矿太阳能电池(太阳能电池类型名)-百度百科”紧随其后，还有各种相关的科研报道。

那深居地下（地球科学中）的钙钛矿和钙钛矿太阳能电池有什么区别呢？

地球科学中的钙钛矿

在地球科学领域，钙钛矿是一种名副其实的矿物。1839, 德国科学家Gustav Rose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO 3 矿物，并将其命名为"perovskite”，以纪念同名的俄国矿物学家Lev Alekseyevich von Perovski（他提议创建俄罗斯地理学会）。但是对于地幔中存在钙钛矿结构型的硅酸盐的认识直到1962年才首次提出，到了1970年代后期，科学家提出，地幔中约660 km处的地震不连续性代表了从具有尖晶石结构的橄榄石成分矿物（林伍德石）到具有铁镁橄榄石成分的钙钛矿的相变。钙钛矿结构型的硅酸盐在地球表面不稳定，主要存在于地幔的下部660km至2900km。但是完整的钙钛矿晶体也可能在陨石坑中发现，陨石冲击地表时产生的超高压力能促使地表矿物相变成钙钛矿。

不过在2014年地球深部的钙钛矿有了新的名字：布里奇曼石（bridgmanite，为了纪念在1946年获得诺贝尔物理学奖的物理学家Percy Williams Bridgman对于高压物理学领域所做出的突出贡献）。

布里奇曼石（Bridgmanite）深居下地幔，化学式为Mg1-xFexSiO3，具有钙钛矿结构, 它属于正交晶系, 是下地幔最主要的矿物。Tschauner等人2014年在陨石发现了钙钛矿结构型的硅酸盐的天然样品, 而后将它命名为布里奇曼石（Bridgmanite），其在下地幔的含量约占80%(pyrolite成分模型，地幔模型之一)或者更高(piclogite成分模型，地幔模型之一)。

下地幔的另外一个重要的矿物是含钙-钙钛矿，它的质量百分比约为7%，它是下地幔钙（Ca）的主要存在形式。在地幔的高温下，它最有可能以立方钙钛矿相存在，跟许多著名的功能钙钛矿材料如BaTiO 3 、PbTiO 3 等铁电材料一样。

钙钛矿太阳能电池

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用全固态 钙钛矿型 的有机金属卤化物半导体作为 吸光材料 的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。这种材料制备工艺简单，成本较低。以CH 3 NH 3 PbI 3 为例，将含有PbI 2 和CH 3 NH 3 I的溶液，在常温下混合并进一步旋涂即可获得均匀的结晶薄膜。简单说，钙钛矿太阳能电池就是一种制作工艺简单，成本低廉，以钙钛矿结构作为吸光材料的太阳能电池。

钙钛矿材料的结构通式为ABX 3 ，其中A为有机阳离子，B为金属离子，X为卤素基团。该结构中，金属B原子位于立方晶胞体心处，卤素X原子位于立方体面心，有机阳离子A位于立方体顶点位置。相比于以共棱、共面形式连接的结构，钙钛矿结构更加稳定，有利于缺陷的扩散迁移。见图如下：

总结来讲，钙钛矿太阳能电池属于钙钛矿型材料，这类材料结构类似于钙钛矿，其通式为ABX 3 ，此类化合物最早被发现于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO 3 ），因此而得名。到后来，钙钛矿并不单单特指这种钙钛复合氧化物，而用来泛指一系列具有ABX 3 化学式的化合物。所以钙钛矿太阳能电池既不含钙，也不含钛，更不是一种矿石，其应该叫钙钛矿型太阳能电池。

参考文献

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[4]魏静，赵清，李恒，等. 钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 中国科学：技术科学, 2014, 44(8):801-821.

美编：ZYN

校对：张腾飞

2017年诺贝尔化学奖将于4日揭晓，武汉理工大学程一兵团队在钙钛矿光伏组件的制备技术上已经取得了实质性突破，这标志着武汉在这项“诺奖级”的技术上走在了世界前列。

题记：在30·60的号角下，中国正进入一个全新的且富有绝对想象空间的新能源大时代，这其中既有浮沉十年走向平价的光伏，也有逐步大放异彩的锂电池、储能以及被寄予厚望的氢能，它们将共同推动中国走向碳中和的星辰大海。

同样是新能源，上述几个行业，既有共性与融合，也有其独特的发展路径与特点。本文作者试图从技术路线、发展路径、潜力空间、数据测算等多个维度就新能源涉及的多个行业进行剖析。

2021年宁德时代（CATL）的全球市场份额将进一步攀升，比亚迪刀片电池批量供应，刀片一出安天下。预计前五大：宁德时代（CATL）、LG、松下、比亚迪、三星会占据全球市场份额的85%以上，前十名占据95%的份额。锂电池行业既是资金密集型行业，又是技术密集型行业。

锂电池行业竞争比光伏更加惨烈，光伏设备投资也会面临技术路线和成本之争，但是一般不会清零。而锂电如果没有合适的客户和过硬的产品，极有可能面临设备投资打水漂，这方面已经有案例出现。

本质上光伏产品及组件相对标准化同质化，一线品牌和一般产品差异不大，很难卖出产品溢价；而锂电池涉及到电化学，易学难精，一线产品往往比一般产品溢价5%以上，有些细分产品甚至会更极端；导致有效优质产能严重不够，差的产品即使低价也无人问津。

关于磷酸铁锂和三元：宁德时代董事长曾毓群认为，磷酸铁锂电池的增长速度会非常快，因为它比较便宜。随着充电桩越来越多，电动 汽车 的续航里程就不需要那么长。“没开过电动车的人比较焦虑，真正开过的人就不大焦虑，所以应该来说磷酸铁锂比例会逐渐的增加，三元占比会减少。”

随着磷酸铁锂占有率提高，现阶段再布局锂电池首先得明确产品定位，确保产品有市场机会，市场得精准细分，专注做好一款磷酸铁锂动力电芯兼顾储能可能有大的市场机会。

磷酸铁锂的巨大想象空间不仅体现在对续航要求较低的乘用车上，更大空间在对寿命要求更高的商用车领域，储能领域。

电池是能源的储存介质，大能源领域本质是成本为王，效率优先；光伏、锂电概莫如是。

像早年的光伏领域，2016年前都是成本更低的多晶硅片电池占据主流，一度市占率超过85%。在光伏巨头隆基持续产业投入的影响下，金刚线切割硅片工艺异军突起，彻底打破单晶硅片成本瓶颈，2020年单晶市占率超过85%。在下一代大硅片，薄片化工艺趋势下，N型单晶topcon工艺将引领下一代光伏技术变革，单晶将淘汰掉多晶硅片；N型topcon电池与HJT电池之争，同样基于成本考虑，topcon将成为下一代光伏电池主流；

主要考虑以下三方面因素：1、即使量产情况下，设备投资HJT是topcon的2倍左右，而且老产线没有办法改造，所有产线得重置，这是所有巨头们最头疼的；2、HJT及topcon效率相当，在叠加钙钛矿方面机会均等（钙钛矿市场机会尚未出现），需处决于钙钛矿的成本和方案；3、耗材成本HJT的银浆远远高于topcon,topcon浆料未来有可能全面使用更低成本浆料，成本差距会更加巨大。

电动车领域的电池情况稍微温和些，三元和铁锂，不存在谁淘汰谁，基于用户多元化选择。

三元能量密度更高，体积更小，低温性能更好，将在部分高端车型始终占据一席之地。而磷酸铁锂以低成本长寿命等特性快速抢占其他其他市场，尤其以电动重卡，工程机械，储能领域最为瞩目。

2021年将是大力出奇迹的一年，电动车及动力电池领域将迎来未来十年增长最快的一年，也是行业巨擘疯狂布局奠定江湖地位的一年；之前的各种预测都有可能出现极大偏差。半年前笔者曾做过一个预测，回头看行业已经发生重大变化，新能源替代的脚步，正以大家难以估量的速度在加速替代；我们通常会高估1-2年的变化，而低估未来10年的变化，确实替代的速度将更加猛烈。

2021年动力电池出货量，全球大概率超过350gwh，比2020年增长150%，全球电动车2021年出货量达到600万辆以上，中国市场有机会成倍增长到250万台，发展势不可挡。笔者之前调研到部分厂家出货量甚至增长3-500%，磷酸铁锂用量接近60%，这种惊人的发展速度可能持续一段时间。锂电前5名，甚至前10名都在疯狂布局产能。

2025年，全球电动车占有率超过35%，达到3000万辆，按平均60度/车计算，电池用量达到1800gwh，C公司产能可能达到1000gwh，巨头正式步入TWH时代。储能及商用车领域用量估计超过500gwh，三元与磷酸铁锂的比例可能接近35：65，磷酸铁锂将占据市场绝对主流。

展望2030年，全球电动车出货量会整体超过90% ，达到9000万辆，动力电池用量超过6000gwh，0.6元/kwh，则动力电池市场为3.6万亿人民币，燃油车无限接近禁售，算上储能市场锂电池的出货量极有可能接近1万亿美元。

2030年，以光伏+储能为代表的新能源将颠覆整个传统能源生产的格局！

全面颠覆传统能源需要解决的问题？实现低成本光伏+低成本储能，综合成本低于火电。光伏的系统成本已经降到3元/W，部分分布式电站已经降到2.35元/W的成本，遥想2007年系统成本达到60元/W，13年时间，成本降到5%；很快磷酸铁锂储能系统降到1元/wh以下，充放次数可以达到10000次。

2025年光伏系统成本到2元/W，摊到25年折旧加财务成本，1500小时/年发电小时数，度电成本0.1元每度电以内；储能系统成本低于1元/WH，充放次数10000次，按15年折旧，度电存储成本低于0.1元每度，；光伏+储能系统成本0.2元/kw，2030年成本有望降到0.15元每度电以内，成本远低于化石能源。

2020年全球用电量约30万亿度，随着电动化的迅速发展，则2030年全 社会 用电量将达到50万亿度。2030年大概率发生事件，光伏+储能可以占领全球电力市场30%，约15万亿度电。按全球范围发电条件来看，平均1250小时的年发电量可以期待，1GW（100万千瓦）装机量约12.5亿度电。

则15万亿度电，需要总装机量12000GW，地面装机占地面积约12万平方公里。预测光伏地面系统成本2025年2元/W（组件1元/W）；2030年1.8元/W（组件0.8元/W），光伏市场未来需求10年需求，12000*18-=216000亿，21.6万亿人民币。

2040年全球电力需求将达到70万亿度，2040年占领全球电力市场60%，约42万亿度电，需要总装机量33600GW，2030-2040年得新增21600GW光伏装机量，地面装机新增土地面积21万平方公里。

成本方面，2035年1.6元/W（组件0.7元/W），2040年1.5元/W（组件0.6元/W），整体光伏市场21600*15=32.4万亿人民币，进入平稳发展期。

2021-2030将是光伏行业的白金十年。

2030年，15万亿度电约需要60%储能，9万亿度电储能，平均每天充放1.2次计算，工作按300天计算，需要7.5万亿kwh储能，需要250亿kwh储能装机量，约25000GWH。

储能市场按照均价0.8元/kwh计算，市场总量20万亿，跟光伏市场相当并驾齐驱。

2040年，42万亿度电约需要60%储能，25.2万亿度电储能。平均每天充放1.2次计算，工作按300天计算，需要21万亿kwh储能，需要700亿kwh储能装机量，约70000GWH；新增45000gwh。

储能市场按照均价0.65元/kwh计算，市场总量29.25万亿，跟光伏市场体量相当。

未来十年毫无疑问是光伏和储能最为辉煌的十年，诞生的机会不可估量。

隆基股份与朱雀投资布局氢燃料，光伏龙头布局氢燃料，给了大家很多想象空间，光伏+氢能战略浮出水面，利用越来越廉价的光伏发电来制备储存氢气，既解决了光伏发展的天花板，也生产出大量可替代石油的清洁能源。日本最近投产了全球最大的光伏制氢项目，国内领先企业阳光电源，隆基抓紧产业布局。中石油，中石化等传统能源企业同样在加快光伏+储能+制氢的产业布局。

实际上最近中东的光伏招标电价以及达到1.04美分/kwh，真是没有最低只有更低，技术的迅速发展大大超过我们的想象，中东地区的光伏+储能有可能在2025年达到2美分/kwh，那中国鄂尔多斯高原，青海格尔木地区2025年光伏+储能成本将达到2.5美分/kwh，折合0.1625元/kwh，光储联合制氢将大行其道，电解水制氢的直接能源成本将低于10元/KG。

氢能市场将异军突起，氢能来源广泛，燃烧性能好且零排放，有望成为碳中和战略中的核心一环。氢是宇宙中分布最广泛的物质，约占宇宙质量的 75%。氢气燃烧性能良好，且安全无毒。氢气空气混合时可燃范围大，具有良好的燃烧性能，而且燃烧速度快。

同时氢气燃烧时主要生成水和少量氨气，不会产生诸如一氧化碳、碳氢化合物等，与其他燃料相比更清洁。同时氢气导热性能、发热值高。氢气的导热系数高出一般气体导热系数的10倍左右，是良好的传热载体。

氢的发热值 142,351kJ/kg，是汽油发热值的 3 倍，远高于化石燃料、化工燃料和生物燃料的发热值。氢的获取途径多、热值高、燃烧性能好、清洁低碳，更重要的是反应后生成的水，又可在一定条件下分解出氢，实现循环再生可持续发展。

作为燃料广泛应用于交通运输行业，用于氢燃料电池或者直接燃烧；供热：钢铁水泥造纸氨气应用或者建筑行业直接供热；作为冶金及钢铁行业还原剂还有石化行业的原材料。水泥行业燃烧大量的天然气和煤炭，为了碳减排，需要氢气来中和二氧化碳生产甲醇。

现阶段大量氢气来源于煤制氢及天然气制氢，即所谓的灰氢，随着风光发电成本进一步下降以及电解水制氢设备成本的快速下降，未来2-3年，绿氢的制备成本可以到10元每公斤，不用储存加压，纯化直接用于石化行业作为原料，水泥行业，冶金钢铁等行业，需求将暴增。

煤制氢成本约7元每公斤，天然气制氢约10元每公斤，则绿氢的制备成本接近天然气制氢，考虑到未来的碳税和碳交易收益，绿氢将极大的替代现有的煤制氢以及天然气制氢。

2500万吨的氢气存量空间将形成一定替代，新增场景体现在陆地交通运输场景，海上货运、邮轮、飞机、水泥、冶金等领域将全面采用氢气。

氢气用途展望：低成本氢气除氢燃料电池车辆使用，石油化工，炼钢等都将得到更大规模使用。

工业副产氢的热值价值相当于12元/KG，理论上氢气终端销售价格在当下这个是底线价格，按氢燃料电池用于交通行业，16度电/kg氢气的水平，则氢气转化为电能的价格为每度电0.75元，这个是极限假设的价格。

如果绿氢的价格可以低于12元/Kg，需要考虑制氢设备的折旧和效率，需要光伏风电的价格低于0.15元/kwh,则氢气可以掺杂在天然气管道中，掺杂比例在5-10%,对管道的影响会比较少。可以考虑在天然气管道的周边建设大规模的风光互补电站来来联合制氢。

这个场景12元/公斤的氢气如果用在电动车上，通过储能、运输、加注到车端成本则可能接近30元每公斤，成本偏高。而直接用于石化，钢铁则减少了大量中间环节。也可以考虑用在水泥行业碳捕捉，将二氧化碳+氢气，制取甲醇。石化，钢铁，水泥行业如果大规模推广氢气应用，需求量将不低于1亿吨，二氧化碳的减排量更是惊人，极大加快推动碳中和。

按照现阶段城市氢气补贴后的价格一般高于30元/KG，换算成度电成本接近2元/度电，远远高于现在的工业电价：谷电约0.3元/度电，平电约0.6元/度电，峰值约电价1.2元/度。氢燃料电池的使用成本会一直高于锂电，乘用车用氢燃料电池的必要性大打折扣。

那么，氢燃料电池在交通运输的使用应该在广阔的长途运输，商用大卡车，远洋货轮，该场景需要能量密度较高的氢燃料。

以商用车领域为例：然而续航超过300公里的49吨牵引车，配置6组氢瓶+110kw燃料电池系统+130kwh锂电，整个系统约2.5吨，比传统天然气车及柴油车的质量多1吨左右。解决方案是氢瓶减重，用全氢燃料电池系统。氢燃料的大规模使用，最终必须满足成本低于化石能源，才有机会普及。目前来看任重道远，而跟纯电动拼使用成本尚不具备优势，只能拼场景；如果能够得到15元/KG的绿色氢气，长途货运，远洋货轮，炼钢这些场景则可以大规模应用氢气。

光照条件充足的中东地区，可利用光伏+储能+制氢，考虑到光伏和储能成本接近2美分/kwh，在中东地区制氢将变得实际可行。

用高能量密度氢气来储存新能源以替代石油资源，将是沙特及中东地区最大的机会。如果沙特建设庞大的光伏电站约3000GW，占地面积3万平方公里，年发电量可以达到6.3万亿度，考虑到全天候制氢，则60%需要通过锂电储能，其中6万亿度电用来电解水制取氢气，产生1亿吨氢气，10元每公斤的氢气通过海运将占领全球市场，每年收入1万亿人民币，与沙特现阶段的石油规模相当。

电解海水制氢还可得到副产品氘氚，又是人类终极能源核聚变的主要原材料，实现商用航天的关键。

全球大规模光伏发电成本最低为沙特等中东地区，沙特土地面积超过190万平方公里，有大量的土地建设光伏系统。传统石油巨头可全面转型为新能源巨头，以提供高能量密度的氢气为主，2025年沙特光伏成本降到0.8美分/kwh，折合人民币约5.2分/kwh。沙特氢气能源成本低于5元人民币每公斤，全部成本将低于7元/KG，运往全球价格约12元/KG，全球终端销售价格约12-15元人民币每公斤。

低于15元/KG的氢气，在长途货运，远洋航海，炼钢，石化，建材等都将占有一席之地。考虑沙特得天独厚的地理位置，亚非欧板块中心，从红海通过苏伊士运河运往欧美，马六甲海峡运往亚太地区都将具有成本优势。

笔者2018年造访日本，曾与软银孙正义的高参岛聪先生交流，岛聪提及：孙正义曾经构想在沙特建设全球最大的光伏基地，再找中国最好的光伏及锂电技术去沙特联合设厂，打造光伏+锂电的黄金能源组合。生产全世界最便宜的电力通过中国的特高压技术建设涵盖中亚、东北亚的电力网络，经过伊朗，中亚，中国，将清洁的电力输送给日本，因为日本的平均电价超过0.2美金/kwh。不得不佩服孙的雄才伟略，异想天开。

光伏电站易建，不过经过这么多国家建电力网络难度就大了，而光伏储能制氢则就变得更容易实现了，然后通过远洋运输更有可落地性。

很多人会问，中国会成为新能源领域的沙特吗？中国不一定成为新能源领域的沙特，倒可以成为产业输出方；沙特源于独到的地理位置，如果和中国联手有机会在未来的五十年，仍然成为全球的新能源中心。

在于中国目前是全球最大的光伏生产基地，光伏技术领先全球，光伏技术具有标准化，可复制的特点。而且形成了独立的装备能力和材料开发能力，行业内又有普遍后进入者优势，可后发制人。

那么就可以在中东地区发展光伏+锂电储能产业，低成本足以改变全球能源格局，同样中国的锂电技术具有跟光伏类似的特点。沙特可以和中国强强联手共同发展光伏及锂电储能产业，中国通过技术输出在沙特建设全球最大的光伏基地和光伏储能电站，沙特利用强大的资本实力实现从石油到新能源的转型。

沙特的光伏产品可以行销全球，光伏产生的电可以销售到欧洲及非洲、印度等亚洲缺电国家。光伏制氢可以远销亚洲，欧美，沙特有机会成为新的全球能源中心。

阿联酋三个国有实体组成了阿布扎比氢能联盟，将富含化石燃料的酋长国定位于未来绿氢气的主要出口国，海湾国家已经认识到了这种替代燃料的重要性，氢能的开发在下一步是至关重要的。从最大的石油输出国成为最大的氢气出口国，这样的机会将刺激沙特阿拉伯以及阿联酋，沙特王国已经计划在特大未来城市中建造世界上最大的由光伏和风能联合制氢工厂，整个城市将是绿色电力，沙特也想实现氢气出口国的伟大的计划，他们认为沙特将成为氢气的全球领导者，给沙特下一个50年机会。

当然全世界其他的地方，尤其是光照和风电特别发达的地区，例如澳大利亚也在计划发展氢气，宣布要投资1500亿美金用于绿色氢气的制造；中国的西北地区正在大力发展光伏风电联合制氢。沙特有全球最好的光伏资源，全球的光照时间最长，最长时间甚至可以达到一年2800个小时；如果可以全力以赴的发展绿色的氢气，将有机会成为全球最大的绿色氢气的制造基地，同时成本可以做到全球最低。

总之，平价的新能源将在下个十年惠及全球，实现大部分国家的能源独立、自由和平。

作者简介：陈方明，易津资本&博雷顿 科技 创始人，博雷顿 科技 正成为电动工程机械、重卡及相关领域配套储能的领军企业。作为有超过十年风险投资经验的专家，在新能源、新材料领域做了深厚布局。

他着眼于高精尖技术，聚焦新能源领域的硬 科技 ，投资过常州聚和、拉普拉斯、凯世通、南通天盛、杭州瞩日及量孚等一大批新能源企业。其中量孚作为磷酸铁锂正极材料公司，其利用独特工艺，一步法合成磷酸铁锂，有望将磷酸铁锂正极材料成本降低20%。

陈方明是上海市五一劳动奖章获得者，他创立的博雷顿获得了高新技术企业、高新技术成果转化、市重点人工智能示范项目、高端装备首台套、交通部国家级行业研究中心、上海市专精特新项目等一系列名号和荣誉。

一钙钛矿电池的优势：转换效率发展速度快6年时间从3.8%升到20.3%，而2013年十一月美国科学家在最新研究中发现，新式钙钛太阳能电池的转化效率或可高达50%，为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍，这说明了它还有很大的发展潜力电池制作工艺简单实验室中常采用液相沉积、气相沉积工艺、液相/气相混合沉积工艺

二钙钛矿电池的劣势：材料有毒钙钛矿电池材料含有铅，不过铅跟其他类型电池含有的砷、镓、碲、镉相比，简直就是小巫见大巫。

而美国西北大学也已研发出一种用锡代替铅的钙钛矿太阳能电池，不过这种电池的转换效率还只有6%，而且材料非常不稳定，目前处于研发初级阶段

行业主要上市公司：隆基股份(601012)晶澳科技(002459)晶科能源(688223)通威股份(600438)天合光能(688599)等

本文核心数据：光伏发电板块上市公司研发费用光伏发电相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar

photovoltaic”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

光伏发电行业技术概况

1、技术原理及类型

(1)光伏发电行业技术原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其发电原理如下。

(2)光伏发电种类

光伏发电一般分为两类：集中式发电和分布式发电，集中式发电主要为大型地面光伏系统分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。

2、技术全景图：主要为光伏电池技术路线

光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成，其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。

晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术，按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。

薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。

叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。

光伏发电行业技术发展历程：电池技术路线演变拉动

光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的，从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池，如今光伏电池技术已发展至第三代，第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等，具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。

光伏发电行业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近年来，我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策，通过政策指导，行业加快光伏发电技术的推广和革新，促进光伏发电产业的快速发展。

光伏发电行业技术发展现状

1、光伏发电行业技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。

注：2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。

(2)A股上市企业研发费用

光伏发电行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看，2017-2021年，我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。

2、光伏发电技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从光伏发电相关论文发表数量来看，2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词，其中，光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多，说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。

(3)专利聚焦领域

从光伏发电专利聚焦的领域看，目前光伏发电专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。

主要光伏电池技术对比分析

从技术水平来看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣，直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。

注：平均转换效率均只记正面效率。

光伏发电行业技术发展痛点及突破

1、光伏发电行业技术发展痛点

(1)硅基光伏电池：P型电池转换效率低

由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，因此光伏电池的光电转换效率十分重要，光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段，晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题，尤其是P型电池。

据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)，PERC电池的理论极限效率为24.5%，PERC产线的量产效率已经达到23%，逐步逼近理论极限效率。

(2)薄膜电池量产转换效率低

薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点，但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题，性价比较低。

2、光伏发电行业技术发展突破

(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率

相较于P型电池，N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小，转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限，N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA)，2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。

(2)钙钛矿电池可实现高转换效率

钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池，钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料，因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率，钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。

光伏发电行业技术发展方向及趋势：降本增效

2022年8月，工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，提出通过5-8年时间，在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术，包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。

可见，未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展，一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率，因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向另一方面，光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低，是降低光伏电站建设成本，并最终降低光伏发电成本的关键因素。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

钙钛矿材料在太阳能电池领域前景广阔，行业即将进入快速发展期。

钙钛矿材料，是一种晶体结构材料，结构式为ABX3，A是有机阳离子，B是金属阳离子，X是阴离子。

钙钛矿材料晶体结构独特，具有优异的吸光性、电磁性、电催化性、氧化还原性等特性，其系列产品中既有导体、半导体，也有绝缘体，是一种新型功能材料，下游可应用范围极为广泛。其中，半导体钙钛矿材料可应用于太阳能电池制造领域。

钙钛矿太阳电池结构

晶体结构

钙钛矿晶体为ABX3 结构，一般为立方体或八面体结构。在钙钛矿晶体中，B离子位于立方晶胞的中心，被6个X离子包围成配位立方八面体，配位数为6；A离子位于立方晶胞的角顶，被12个X离子包围成配位八面体，配位数为12，如图 所示，其中，A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆积。

钙钛矿太阳电池中，A离子通常指的是有机阳离子，最常用的为CH3NH3+

(RA = 0.18 nm)，其他诸如NH2CH=NH2+(RA = 0.23 nm)，

CH3CH2NH3+(RA = 0.19-0.22 nm) 也有一定的应用。B离子指的是金属阳离子，主要有Pb2+(RB = 0.119 nm)和Sn2+(RB = 0.110 nm)。X离子为卤族阴离子, 即 I− (RX = 0.220 nm)、Cl−(RX = 0.181 nm)和Br−(RX = 0.196 nm)。