➤如果继续以晶硅光伏技术作为主流，虽然其发电成本可能会比煤电略低，但加上储能成本之后就会比煤电贵，这令其难以成为电力供应主流

➤届时在东部经济发达地区，钙钛矿光伏电站的上网电价可以达到水电的水平。加上储能成本之后亦可低于煤电电价，从而建立起光伏逐步替代火电的经济逻辑

➤区别于近年来晶硅行业技改式的演化，钙钛矿光伏技术带来的是一场真正的技术变革

➤光伏产业的发展，正在将能源逐渐由一种天然资源转化为一种制造业的产品

　　文|范斌

　　中国光伏产业的真正起步是在2000年，标志是无锡尚德太阳能电力有限公司注册成立。20余年间，中国的光伏产业几经起落，现在终于得到了整个社会的认可和金融资本的追捧，实在来之不易。

　　2020年初，愿意介入光伏产业的投资主体还比较少，经常有投资人对光伏项目进行调研之后留下一句“光伏项目我们是不会投的”。到了2020年底，态势完全逆转，光伏在一级市场和二级市场都成了热点。

　　光伏产业达到当下的热度，根本原因在于光伏市场终于完全摆脱了对补贴的依赖。即使在光照条件比较差（主要是降雨比较多）的东部经济发达地区，新建光伏电站的度电成本也已经达到甚至低于煤电的水平，光伏已经可以在绝大部分地区实现经济利用，事实上不再需要任何补贴了。

　　我国的光伏产业还是一个全面领先于其他国家的产业，不但各环节的产量均占全球的75%以上，而且成本低，技术水平高，对其他国家的光伏产业形成了全方位的竞争优势。相较于那些核心技术还被国外控制的行业，光伏实在是一个难得的亮点。

　　但是，要实现国家碳达峰、碳中和的目标，光伏产业现有的技术水平还是不够的。我们知道，光伏电站只能在有阳光的时候发电，天黑和下雨的时候光伏电站都不会有电力输出，所以光伏的稳定应用需要与储能结合起来。锂电储能是目前最经济的储能方式，锂电行业专家认为未来若干年内锂电储能每度电的进出成本能控制在0.15元左右。目前来看，长三角的光伏发电可实现经济利用的上网电价约为0.32元，而江苏省的煤电上网电价约为0.39元，光伏加上储能，上网电价要达到0.47元以上，至少比煤电贵了20%；西部地区的光伏发电成本已经很低了，但加上长距离输送到东部地区的输电成本，综合下来未必比东部当地的煤电便宜。由此来看，要实现光伏发电对煤电的替代，光伏发电的成本还需要进一步大幅下降。

　　如何使成本更低？当前中国光伏产业的规模已经十分巨大，通过扩大规模来降低成本已经不太现实。要进一步降低发电成本，只能靠技术进步。而真正的技术进步，又将带来整个光伏产业的重塑。

　　主流技术成本下降空间有限

　　晶硅光伏技术目前是光伏行业的绝对主流，占有95%以上的市场份额。剩下的不到5%的市场份额由碲化镉（CdTe）技术占有，主要是美国的First Solar公司在采用，在美国的关税保护之下才占有一些美国国内市场。倘若美国取消关税保护，First Solar的市场份额恐怕也会很快归零。其他曾经热闹一时的技术路线，如非晶硅、铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓聚光电池等，已经从主流市场上完全消失了。

　　过去十几年，晶硅技术正是通过快速降低成本占领了市场。2011年晶硅组件的平均价格在5元/W以上，目前已经降到1.75元/W左右。同时我们也看到，晶硅光伏组件的成本下降趋势已经显著趋缓，2020年至2021年甚至出现了反升。今年光伏组件的涨价和上游硅料供不应求有很大关系。随着硅料产能的释放，组件的价格一定还能降回2019年的水平，将来也应该能出现新的价格低点，但具体还有多少降成本的空间，还应当从技术储备的角度来分析。

　　近年来晶硅技术的进步主要可分为两大类：一类是放大硅片、减少银浆或者将一片硅片切成两片之类的技改层面的工作，属于精益制造的范畴，实际上技术进步很有限；另一类是导入相对较新的电池技术，如TOPCON和晶硅异质结，这都是通过引入更复杂的生产工艺和较昂贵的生产设备来实现电池效率的提升，从逻辑上就不容易实现组件成本的显著下降。由此来看，如果继续以晶硅光伏技术作为主流，虽然其发电成本可能会比煤电略低，但加上储能成本之后就会比煤电贵，这令其难以成为电力供应的主流。

　　挑战者缘何被市场淘汰

　　是否存在晶硅之外的光伏技术体系？事实上，人们始终期待新的技术变革能带来更大幅度的光伏发电成本的下降，过去几十年也出现过若干种与晶硅竞争的技术体系。

　　比如，2008年前后国内出现了大量的非晶硅光伏组件产能，总投资额达百亿以上，其最终失败是因为组件效率太低——光电转换率通常只有6%~7%，远低于如今的单晶硅组件平均20%左右的转换率。效率太低，意味着系统造价中的土地、支架和人工成本都会上升，最终导致发电成本的上升。因此，非晶硅光伏组件的产能到2012年前后就基本被淘汰了。

　　再比如，21世纪初美国、德国、日本出现过一批研发铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的企业，也曾经在资本市场上受到过重视，但到2012年前后也纷纷破产。随后其中的一些企业被国内的汉能并购，并把产能转移到国内，但汉能在CIGS上的努力也没有成功，到2019年不得不全部放弃。CIGS存在两个问题：一个是组件制造设备昂贵，导致组件制造成本高于晶硅；另一个是其固相多元结晶的生产工艺导致实际生产的一致性很差，实际组件效率多在15%以下。CIGS成本比晶硅高，效率又不如晶硅。

　　所有被市场淘汰的技术，究其原因，无非是成本高、效率低。

　　光伏组件是一种维度非常单一的产品，安装在一个特定的地理位置之后，每年能发多少电，能卖多少钱，能给业主带来多少回报，都是可以准确地计算出来的，所以光伏组件实际上可以被视为一种金融产品。这个产品的竞争力，其实就简单地反映在业主的投资回报率上面了。一种新的技术，只要能把光伏发电的成本进一步往下降，就能成为市场的新主流；如果不能，甚至成本反而高于现在的晶硅组件，那不管它有什么引人入胜的特性，或是背后有多么强大的投资人，被市场淘汰都是迟早的事。

　　更具竞争力的技术体系

　　近年来光伏技术领域出现了一个新的技术体系：钙钛矿光伏技术。钙钛矿材料是一个大类，只要能满足特定的化学计量比并能形成一种特定的六方晶结构，就能被称为“钙钛矿材料”。

　　人工合成的钙钛矿材料在2009年第一次被用于太阳能电池，当时效率只有3%左右。到2021年，钙钛矿太阳能电池的实验室效率已达26%，非常接近于晶硅的实验室最高效率。

　　钙钛矿光伏材料的配方无穷无尽。钙钛矿太阳能电池效率的快速提高，就来自于钙钛矿材料配方的快速迭代及电池制造工艺的进步。相比之下，从核心材料角度看，用来制造晶硅电池的材料即高纯硅单质，是没有任何进步空间的，因此我们可以说钙钛矿光伏技术具备晶硅所完全没有的发展维度。换言之，与晶硅竞争的不是一个钙钛矿材料，而是成千上万种钙钛矿材料。正因为钙钛矿材料可以通过配方调整，使其半导体带隙尽可能接近理论最优带隙，所以钙钛矿太阳能电池效率的理论上限会比晶硅高出三到四个百分点。钙钛矿的实验室效率预计在三到五年内可以达到28%以上，组件效率亦将达到24%以上。

　　配方和工艺的改进，不但可以持续提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，还可以持续提高其工作寿命，降低制造成本。以前，钙钛矿太阳能电池的稳定性受到过普遍的质疑，但随着材料配方和制造工艺的进步，目前领先企业和实验室内的钙钛矿太阳能电池已经完全可以达到跟晶硅组件一样的稳定性标准。成熟的量产工艺生产的钙钛矿光伏组件，完全可以达到和晶硅组件一样长的工作寿命。

　　钙钛矿光伏材料还有一个重要的特性是可以溶解于普通溶剂中，通过涂布工艺在玻璃基底上制造致密晶体薄膜。这个特性，使得钙钛矿光伏组件的制造设备投资远低于CIGS，生产的能耗也远低于晶硅。预计在实现大规模量产之后，钙钛矿组件的制造成本可降到同期晶硅组件制造成本的50%左右。由此可以推算，届时在东部经济发达地区，钙钛矿光伏电站的上网电价可以达到水电的水平，加上储能成本之后亦可低于煤电电价，从而建立起光伏逐步替代火电的经济逻辑。

　　真正的技术变革

　　欧美国家在晶硅行业已经失去了领先地位，于是它们格外重视钙钛矿光伏技术这一产业变革机会，并通过了各种企业资助方案，希望在技术变革发生时能重新主导光伏产业。欧美已经有了一批比较出色的企业，比如Oxford PV和Saule等公司，技术水平已经很接近于实现量产。

　　国内的光伏企业也对钙钛矿技术表现出了足够的重视，隆基、协鑫、晶科、通威等主流光伏企业也陆续对钙钛矿技术进行了相当强度的资金投入。预计2022年至2023年，国内外就会有若干个企业实现钙钛矿光伏组件的商业化生产。

　　区别于近年来晶硅行业技改式的演化，钙钛矿光伏技术带来的是一场真正的技术变革，其效果将在未来三到五年内逐渐显现，为人类社会提供便宜且清洁的能源。光伏产业的发展，正在将能源逐渐由一种天然资源转化为一种制造业的产品。对于我们这个制造业大国来说，这一改变具有巨大的正面意义。□