新质生产力视角下浙江钙钛矿太阳能电池产业发展路径研究

摘 要：新材料是新质生产力的重要构成，钙钛矿作为新一代太阳能电池材料，能够大幅提高光电转换效率，对推动太阳能电池产业发展至关重要。钙钛矿太阳能电池与传统晶硅电池相比，具有光电转换效率高、成本低、能耗低、应用场景丰富等突出优势，是下一代光伏技术的“头号种子”。文章立足于新质生产力的视角，在总结分析国内外钙钛矿太阳能电池技术创新和产业发展趋势的基础上，从研发能力、产业链、政策环境等方面，剖析制约浙江省钙钛矿太阳能电池技术创新和产业高质量发展的难点堵点，并提出相关对策建议，为浙江在新质生产力赛道上的竞争提供参考。

关键词：新质生产力 钙钛矿太阳能电池 光伏技术 新材料 新能源

中图分类号：F206文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2024）12-154-03

新材料是新质生产力的重要构成，新材料产业是战略性、基础性产业，也是高技术竞争的关键领域。钙钛矿作为新一代太阳能电池材料，能够大幅提高光电转换效率，且原材料成本与消耗低，对推动太阳能电池产业发展至关重要。钙钛矿太阳能电池（Perovskite solar cells，PSCs）是第三代新型太阳能电池，与传统晶硅电池相比，具有光电转换效率高、成本低、能耗低、应用场景丰富等突出优势，是下一代光伏技术的“头号种子”，入选2022年度中国科学十大进展。从全球范围来看，钙钛矿太阳能电池的研发主要集中在中国、美国、韩国、日本等国家和地区。然而，尽管整体发展态势良好，但中国在钙钛矿太阳能电池的部分关键环节，如特定高分子材料和制造设备等方面仍存在对外依赖性。当前，国家已发布多项规划支持钙钛矿太阳能电池研发和产业化，多个省市也纷纷启动钙钛矿太阳能电池项目建设，产业发展进入重要窗口期。浙江省作为光伏产业大省，面临阶段性产能过剩、同质化竞争的困境，亟需提前“卡位”钙钛矿太阳能电池新赛道，抢抓产业“风口”，以技术突破抢占新一轮绿色能源发展高地，继续在绿色发展、低碳发展上走在全国前列。鉴于此，本文在总结分析国内外钙钛矿太阳能电池技术创新和产业发展趋势的基础上，剖析浙江省钙钛矿太阳能电池产业存在的问题和面临的挑战，并提出相关对策建议，为浙江在新质生产力赛道上的竞争提供参考。

一、研究综述

在“碳达峰”“碳中和”的国家战略引领，以及全球能源转型与绿色可持续性议题日益受到重视的背景下，钙钛矿太阳能电池备受关注。目前，国内外学术界对于钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在以下几个方面：一是关于钙钛矿太阳能电池的发展历程、电池结构和工作原理等，如朱彧等[1]、杨英等[2]从钙钛矿晶格结构和器件结构入手，介绍了钙钛矿太阳能电池的发展历程、电子传输层的作用机理和制备方法等。二是关于钙钛矿太阳能电池关键技术及其应用等，如蒋超凡等[3]从钙钛矿薄膜制备和透明电极开发的维度，总结半透明钙钛矿太阳能电池的关键技术，并对半透明钙钛矿太阳能电池在叠层光伏器件和温室农业光伏中的应用展开分析与讨论;Jaeki Jeong等[4]通过掺杂类卤素阴离子HCOO—来抑制FAPbI3薄膜中的阴离子缺陷、提高结晶强度，成功获得25.6%器件效率（认证电池效率达到25.2%），同时器件具有长期的运行稳定性（450小时）。三是对常见的几种太阳能电池进行比较分析，如许庆岩等[5]、李波等[6]对硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等太阳能电池的转换效率、结构和稳定性等进行了比较研究。四是讨论分析钙钛矿太阳能电池商业化所面临的关键挑战，并对未来钙钛矿太阳能电池的发展进行展望，如马晓辉等[7]认为全无机钙钛矿因其良好的热稳定性成为未来最有可能使钙钛矿太阳能电池实现商业化的主要材料，但如何稳定钙钛矿的晶相仍然是该领域面临的主要挑战;王爱丽等[8]认为叠层电池如与硅电池结合或者全钙钛矿叠层电池将是未来重要发展方向。

二、国内外钙钛矿太阳能电池产业发展趋势

（一）光电转换效率不断突破，比较优势充分显现

追求高转化效率是光伏电池发展的动力所在。在功率大型化发展趋势，以及硅基材料成本与资源约束的双重压力下，传统晶硅太阳能电池的光电转换效率提升空间变得尤为有限，目前，晶硅太阳能电池的光电转换效率（26.8%）已经逼近理论极限效率（29.4%），因此，寻求新型光伏材料和技术路线成为突破现有瓶颈制约、实现更高的能源转化效率的关键所在。历经10余年的发展，单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从3.8%提升至26.7%[9]，其理论转换效率可达31%，而叠层钙钛矿太阳能电池的理论转换效率更是达到45%，具有极强的发展潜力。此外，钙钛矿太阳能电池具备显著的成本优势，单位产能投资仅相当于传统晶硅电池的1/2。钙钛矿太阳能电池产业链垂直一体，涉及生产设备少，生产效率高，单位能耗仅为传统晶硅电池的1/10，对于推进光伏行业降本增效具有重要意义。

（二）中国处于领跑地位，但部分关键领域仍受制于人

从专利申请看，近5年全球钙钛矿太阳能电池相关专利申请量为7984件，中国专利占比达71.26%，位居全球第1位。全球专利申请人排名前20的机构中，中国机构有15家，占75%。但在高价值专利数量方面，中国仍落后于美、日、韩（表1）。从实际制备看，中国在部分高分子材料和关键设备方面还依赖进口，如用于封装的光伏级EVA树脂进口依赖度达到40%，聚烯烃弹性体POE粒子几乎全部依赖进口，大面积的真空镀膜设备仍需从欧洲、美国进口。

（三）产业化进程不断提速，但仍面临两大难题

当前，钙钛矿太阳能电池产业化发展主要集中在中国，部分龙头企业如协鑫光电、纤纳光电、极电光能等已具备百兆瓦级别的生产能力，宁德时代、比亚迪等电池领域巨擘也纷纷入局。据统计，2023年中国钙钛矿太阳能电池组件产能约为1.25GW，2030年将突破140GW，在全球范围内处于领先地位。但整体上看，钙钛矿太阳能电池尚处于商业化初期阶段，目前多为小试中试产线，大规模制备面临两大难题。一方面，钙钛矿材料受环境因素影响较大，存在不耐高温、易水解氧化、光照下离子迁移等问题，如何提高实际工况下电池的稳定性需要进一步研究。另一方面，目前报道的高效率钙钛矿太阳能电池都是在环境可控的手套箱中制备的实验室规模器件（有效面积小于1cm2）[10]，产业化条件下大面积批量制备存在工艺和技术障碍。

三、浙江省钙钛矿太阳能电池技术创新和产业化存在的主要问题

（一）具备一定产学研基础，但缺乏领军型科研力量

近5年，浙江省钙钛矿太阳能电池领域专利申请总量为509件（其中发明专利441件），发表论文934篇，分居全国第4、第6位，落后于江苏、广东、北京等省市（表2）。从专利申请人看，纤纳光电、爱旭太阳能、浙江大学、中科院宁波材料所等具备较强的研发实力，在钙钛矿太阳能电池材料制备、组件设计等方面处于国际领先地位。产学研合作较为紧密，有41件专利是企业与高校院所共同申请。但浙江省高价值专利仅有108件，占比21%，低于江苏（33%）、广东（27%）。全国专利申请前10名的机构中，浙江省仅有纤纳光电1家，缺乏全国性领军企业和研发机构。

（二）产业配套优势显著，但产业链关键环节有待补齐

浙江省是全国第二大光伏组件制造省份，拥有宁波、嘉兴、衢州、义乌4大光伏制造基地，拥有光伏辅材企业120余家，覆盖硅锭、电池片、组件、浆料、光伏发电系统等各环节，具备强大的产业配套能力。在钙钛矿太阳能电池领域，浙江省产业化进程相对领先，纤纳光电研发制造的钙钛矿商用α组件已实现批量化生产和应用，其位于内蒙古的全球首个商业化运行的兆瓦级钙钛矿地面光伏项目成功并网。但从产业链来看，浙江省钙钛矿太阳能电池企业主要集中在中游，上游原材料及蒸镀、涂布、激光划线等核心设备企业缺乏，产业链垂直整合能力不及江苏、广东，产业对外依存度相对较高。从价值链来看，占据40%成本的核心辅材——TCO玻璃仍然存在“卡脖子”技术瓶颈，省内缺乏相关研发机构和企业布局，处于产业价值链中低端。

（三）积极加强战略布局，但政策支持力度有待提升

近年来，国家和各地方政府高度重视钙钛矿太阳能电池产业发展。国家层面，先后发布《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》等多项政策性文件，支持钙钛矿及叠层太阳能电池等新型、先进、高效光伏电池技术研发和应用，并积极推动产业化落地。地方层面，江苏、广东、上海、河北、山西、山东等多个省市也纷纷出台专项政策给予重点支持，如山东出台《关于支持钙钛矿太阳能电池产业发展的若干措施》，从关键技术研发、示范应用和场景拓展、产业体系建设等方面，全方位推动钙钛矿太阳能电池产业发展（表2）。浙江省在《浙江省推动新能源制造业高质量发展实施意见（2023—2025年）》中，将钙钛矿太阳能电池作为重点发展方向，但与江苏、山东等省市相比，专项政策体系尚不完善，缺乏实质性支持措施，企业政策诉求强烈，钙钛矿太阳能电池初创型企业普遍对科研项目支持、新产品的推广应用等政策需求较大。

四、加快推进浙江省钙钛矿太阳能电池产业发展的对策建议

（一）加强顶层设计和统筹布局

建立钙钛矿电池发展统筹推进机制，推动各部门政策协调和工作协同。加强顶层设计和政策供给，研究制定钙钛矿电池产业发展专项规划，加速推动浙江省钙钛矿电池商业化进程。聚焦集群培育，持续优化钙钛矿电池产业布局，重点支持杭州、宁波、衢州做优做强钙钛矿电池及组件产业集群，支持嘉兴、金华等地加快大型光电基地和光伏装备制造一体化布局。支持海宁、秀洲、义乌3个智能光伏产业核心区布局发展钙钛矿电池产业，提升钙钛矿电池、智能光伏组件等产品规模化量产能力。

（二）强化关键核心技术协同攻关

聚焦钙钛矿电池产业化面临的大面积制备、稳定性等难题，开展核心技术攻关。重点支持浙江大学、浙江工业大学、中科院宁波材料所等开展钙钛矿电池稳定性衰减机理与老化测试模型等基础研究，为产业发展提供理论支撑。支持纤纳光电牵头，联合合特光电、众能光电、巨化等产业链上下游企业以及高校院所，组建创新联合体等关键环节，开展产学研联合攻关，推动大面积、高质量、长效稳定的钙钛矿薄膜制备，加快推动浙江省钙钛矿电池产业化进程。

（三）打造一批细分行业“领跑者”

聚焦钙钛矿电池及材料骨干企业和高成长性企业，分类制定企业培育计划，引导资源、技术、人才、资金等要素向重点企业聚集，打造一批细分行业领军企业。支持纤纳光电、众能光电、合特光电等企业申报国家科技重大专项、参与重大科技攻关，进一步提升行业影响力。发挥浙江省产业配套优势，加大科技招商力度，聚焦产业链延链补链强链，大力招引一批核心设备企业、TCO玻璃企业落户，进一步推动钙钛矿产业链垂直一体化布局，提升产业价值链。发挥龙头企业引领作用，联合高校院所组建钙钛矿电池产业标准化联盟，加快推动钙钛矿电池关键技术、核心设备、先进工艺等行业标准研制，抢占行业话语权。

（四）拓展多元化应用场景

基于钙钛矿电池具备轻薄、可见光吸收能力强、弱光响应好、可在柔性基材上制备等特征，积极拓展室内光伏、光伏建筑一体化、移动充电、车载光伏、航天航空等多种应用场景，优先推进一批钙钛矿电池示范试点项目。加快钙钛矿、高效储能和超充、算力等技术整合，推动“钙钛矿光伏+储能+充电桩”光储充一体化应用，为浙江省加快构建新型电力系统提供支撑。以应用场景为牵引，组织实施科技示范工程，支持在具备条件的地面电站、建筑园区等典型场景开展钙钛矿电池示范应用。

（五）加强资金投入和推广支持

钙钛矿电池尚处于产业化初期，需要长期稳定的资金支持。充分发挥财政资金引导作用，构建“科研项目+产业基金”的多元化长效投入模式，建议省级层面针对钙钛矿电池设立“投早、投小、投硬”的种子基金、天使基金，支持省内潜力高、成长性好的优质钙钛矿电池项目和初创企业发展，探索“以投代股”“拨投结合”支持模式，引导社会资本加大投入。加大推广支持力度，优先支持首次投向市场、具有较大带动作用的钙钛矿电池产品纳入政府采购首台（套）产品目录，积极推荐钙钛矿电池申报国家能源领域首台（套）重大技术装备。

参考文献：

[1] 朱彧，杜晨，王硕，等.钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展[J].工程科学学报，2020，42（01）：16-25.

[2] 杨英，罗媛，马书鹏，等.钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备及应用[J].化学进展，2021，33（02）：281～302.

[3] 蒋超凡，易陈谊.半透明钙钛矿太阳能电池关键技术及其应用[J].中国电机工程学报，2023，43（05）：1739-1753.

[4] Jeong J，Kim M，Seo J，et al. Pseudo-halide anion engineering for α-FAPbI3 perovskite solar cells[J].Nature，2021，592（7854）：381-385.

[5] 许庆岩，任元文，刘世民.太阳能电池研究进展[J].功能材料与器件学报，2020，26（04）：257-262.

[6] 李波，赵建红，赵鑫波，等.新型太阳能电池的研究进展及发展趋势[J].能源研究与信息，2021，37（01）：32-39.

[7] 马晓辉，杨立群，郑士建，等.全无机钙钛矿太阳电池：现状与未来[J].化学进展，2020，32（10）：1608-1632.

[8] 王爱丽，汪舒蓉，林红，等.钙钛矿太阳电池的研究进展与关键挑战[J].硅酸盐学报，2021，49（07）：1306-1322.

[9] 刘小容.中国科大团队刷新世界纪录 研发的钙钛矿电池稳态效率达26.7%[N].合肥日报，2024-7-9（A03）

[10] Idi' goras J，Aparicio F J，Contreras-Bernal L，et al. Enhancing moisture and water resistance in perovskite solar cells by encapsulation with ultrathin plasma polymers[J].ACS Applied Materials & Interfaces，2018，10（14）：11587-11594.