现在的新能源产业，特别是光伏产业，进入了一个关键转型期。一方面，光伏发电在商业化上基本上算是立住了。政府正在大规模取消对光伏发电的补贴，让它与火力发电直接竞争。光伏产业正在从过去的主要由政策推动，转变为由市场推动。另一方面，新一代太阳能电池最近在技术上取得了新突破，前景非常可观。未来一旦产业化，会做到综合成本远低于火力发电，我们正在见证这个过程。
既然是说突破，那之前太阳能电池最大的卡点在哪儿？其实在于提升光电转化效率。
在光伏产业过往几十年的发展中，提升单个电池的效率一直是主线。有专家测算过，光电转化效率每提升1%，对应度电成本就会下降5%-7%。而光伏产业还有个特点是大规模布设，当单个电池的效率被规模化放大后，带来的收益也是巨大的。因此，从业人员尝试了各种不同的方式来提高电池效率，试图找到一条性价比最高的路线，但整体来看进展缓慢。
以现在主流的晶硅电池为例，在2017年效率达到26.7%之后，它的提升空间越来越小，逐渐逼近效率的极限值29.4%，突破越来越难。当前晶硅效率的世界纪录是26.81%，是由隆基绿能这家企业创造的。据隆基绿能的总裁李振国形容：“哪怕电池转换效率只提高0.01个百分点都意义重大。”
怎么突破现有材料在光电转化效率上的限制呢？这一直是光伏领域的难题。
目前来看，这个难题终于被突破了。2022年底，德国柏林亥姆霍兹中心（HZB）的科学家，生产出一种新型的钙钛矿/硅叠层太阳能电池，光电效率高达32.5%，创下了新的世界纪录。这是个什么概念？相比于晶硅现在的世界纪录26.81%，这次提高了5.69%的效率绝对值，在此基础上持续优化，很有希望在3年内冲击到35%的水平。
这个突破是如何做到的？要把这个问题谈清楚，我们需要先了解背景。
从历史上来说，光伏发电一直就有两条路线之争，争议的核心是用什么材料构建太阳能电池。
一条路线，是用晶硅作为核心材料。你生活中常见的太阳能面板，带有金属光泽的灰黑色固体就是晶硅。晶硅太阳能电池的优势在于高效、稳定，但是生产工艺复杂、成本相对较高。
另一条路线，是用薄膜作为核心材料。传统的薄膜太阳能电池，采用价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板，上面涂上一层吸收太阳能的薄膜。这层薄膜用什么材质很重要，之前主要是砷化镓、碲化镉等稀有金属。薄膜相对于晶硅的优势是生产成本较低、适用场景丰富，但是转化效率不高。
这两条路线各有优缺点，很难说哪种材料更好。在过去的半个多世纪里，两者实际上也一直处于此消彼长的状态。
但是，到了最近十几年，晶硅凭借其效率上优势，在性能调优的过程中逐渐胜出，并在市场上占据了绝对的上风。现阶段，晶硅的市场份额高达90%，目前在售的晶硅电池转化效率接近25%，到组件的效率在23%-24%左右，在产业上也很成熟了。另外，晶硅的电价，基本上和火力发电有的一拼了。然而，就在这个晶硅太阳能电池“离商业化只差临门一脚”的坎上，薄膜太阳能电池又突然兴起了。
为什么薄膜会突然兴起？是因为材料上有了重大进展，它不再是原来的稀有金属，而是一种叫钙钛矿的新材料。
这种新材料厉害在哪儿？最关键的在于它的灵活性。作为一种实验室里不断试出来的晶体材料，钙钛矿的材料配方选择比较灵活，可以不断改进结构以提升电池性能，而晶硅材料只能提纯，结构很难改变。可以说，钙钛矿与晶硅的技术之争，是成千上万种钙钛矿材料，和一种晶硅材料的竞争。
从数据上看，钙钛矿首次被用作光伏发电是在2009年，当时的光电转换效率仅有3.8%。十年后的2019年，钙钛矿电池性能便飙升至25%。钙钛矿仅用了10年时间，就走过了晶硅40年的效率提升历程。除了高转化效率之外，钙钛矿这种材料还有着能耗低、原材料丰富且易于合成的特点，成本优势显著。有人计算过，生产钙钛矿组件单瓦能耗只有晶硅组件的1/10，钙钛矿组件成本是晶硅组件成本的1/2。
低成本、高转化率，也让钙钛矿逐渐脱颖而出，并成为业内公认的最具产业落地潜力的新一代光伏材料。最近两三年，宁德时代、CubicPV等国内外知名企业纷纷入局钙钛矿。与此同时，政府层面对于钙钛矿电池技术的发展也颇为重视，在相关政策文件中给予了支持。
说到这儿，你会不会以为钙钛矿为代表的薄膜崛起，就是太阳能电池技术突破的终点了？事实恰恰相反，它只是其中一个里程碑而已。在此之后，太阳能电池效率的提升，很快又迎来了新的里程碑bvty宝威。
“新的里程碑”指的是什么呢？原来，随着科学家的不断研究，钙钛矿的应用逐渐演化出两个技术方向：单结和叠层。单结钙钛矿技术与其他薄膜技术类似，通过改进单个结构来提高效率bvty宝威VIP。而叠层技术不太一样，它将钙钛矿和晶硅做了结合，将两者的优势合二为一。薄膜与晶硅的竞争，最后不是谁替代谁，而是彼此深度融合了。
具体是怎么做的呢？我解释一下你就明白了。钙钛矿薄膜本身是软的，需要一个硬的衬托的物质作为基板，组成一个太阳能电池。既然都得有基板，那为什么不能用技术上很成熟的晶硅呢？为此，科学家们做了大量试验，尝试用晶硅来代替传统基板，最后还真给做出来了。这种叠层最大的好处，就在于有两次光吸收。太阳能是个连续能源带，有一部分能源会被薄膜吸收，但还有很多的能量会从薄膜上透过去，然后被晶硅基板再吸收一次。这两者一叠加，让它的转化效率又提升了一大截。目前，钙钛矿叠层模式下的理论极限效率可达40%以上，远高于晶硅的29.4%。
而上面我们提到的破了世界纪录的钙钛矿新型电池，其技术思路也是叠层。多说一句，对于这种叠层技术，中国的研发走也走在世界前列。在2023年1月底，北京曜能科技自主研发的钙钛矿叠层电池就取得了突破，其转化效率高达32.44%，与世界纪录仅差0.06%。如果说以前光伏发电的核心技术，是生产更高效的硅片。那么到了现在，将硅片和薄膜更好地结合，成了从业者更关心的问题。
有了可靠的路径、效率上的突破，以叠层技术为代表的新一代太阳能电池就万事大吉了么？当然不是，因为落到具体的商业化应用上，叠层技术还有个很难解决的问题，那就是布设条件的限制。
怎么理解呢？这跟叠层技术的特性有关，它的基板还是晶硅，因此也继承了晶硅的部分局限，对布设的位置、布设的方式要求较高。首先是布设的位置，除了有稳定的太阳能之外，最好是在比较开阔的地方，比如在沙漠、平原。其次是布设的方式，太阳能板在排列时，都会放在一个相对有利于吸收太阳能的方向，一般呈一个斜角。
基于这两个限制，让叠层太阳能面板很难在高楼密布的城市里广泛布设，也没法最大程度地发挥出它的商业价值。你看，虽然有了突破，但光伏发电技术还远远没有到达终点，反而迎来了新的挑战。
那怎么解决这个新的问题呢？目前我们已经看到了一个可行路径，就是染料敏化太阳能电池。这种电池依然是薄膜路线，但这个薄膜不是钙钛矿，而是一种可以催生不同染料的敏化剂。它最大优势，就是在保持了较高转化效率的基础上，实现了材质透明化。bvty
试想一下，如果透明的太阳能电池放到墙体表面，批量替代城市办公楼的透明玻璃，会直接带来两个好处。第一，太阳能发的电可以直接拿来用。现在很多企业都在追求企业自身的碳中和，用透明太阳能板改造办公楼，就会变成一个好的选择。另外一个好处，减少城市的光污染。你看城市高楼的窗户表面，在太阳光特别强烈的时候，会有大量的光被反射出来，变成光污染，也造成城市温度的升高。假如能通过透明太阳能电池吸收一些，不光是发电，还能减少光污染。
当然，上面说的这种染料敏化太阳能电池，它目前的效率大约在20%左右，离叠层电池还有不小的差距。但这种将太阳能电池透明化的方案，未来很可能在主流的叠层方案之外，发挥它特有的商业价值。
从现状来看，晶硅太阳能电池还是绝对的主力，产业基本成熟，离商业化只差临门一脚。展望未来，分别介绍了两种新型太阳能电池，它们代表了光伏发电技术的两个未来方向。
第一个方向，是沿着传统的思路，突破光电转化效率的限制，不断降低度电成本。晶硅的胜出、钙钛矿叠层技术的突破都是很好的例子。
第二个方向，是拓展太阳能应用的边界，突破布设条件的限制，让太阳能电池的铺设无处不在。比如材质透明的染料敏化太阳能电池，就可以是主流方案的绝佳补充。
说到这，你可能会问，钙钛矿叠层电池和染料敏化太阳能电池的前景都很好，它们规模化生产的时点大概是在什么时候呢？按目前情况判断，这两种新型电池要产业化，大约还需要5-10年的时间。目前它们都属于在实验室达到了一定水平，完成了理论验证，还没有到产业化阶段，现在布局，为时不晚。
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