钙钛矿要成为太阳能行业的未来还有哪些挑战？

钙钛矿材料作为一种新兴的太阳能技术，因其低成本和高效率潜力被认为是未来太阳能市场的关键变革者。然而，钙钛矿技术的商业化面临挑战，需要政府与业界合作，并通过研究和开发来提升其在太阳能技术中的竞争力。过去的经验表明，全球太阳能市场曾偏向于晶硅技术，而其他技术如薄膜硅和铜铟镓硒等面临了技术和成本上的挑战。

虽然今年的情况尚待分析，但美国的早期数据显示，户用太阳能需求强劲。一季度的装机容量达到1641MWdc，同比增长30%，创下一季度记录。

美国联邦能源管理委员会报告称，2023年前八个月，美国的新光伏装机容量比其他任何能源都要多。

电力公司也在转向太阳能技术以生产可负担的可再生能源。根据美国能源信息署的数据，开发商计划于2023年在美国开发29.1GW太阳能电力，这将使目前大型地面光伏装机容量的单年记录翻一番。

面对所有这些增长，政策制定者很可能会认为，市场将不断发展以迎来可再生能源解决方案。然而，现实情况是，政府需要与业界密切合作，确保在适当的时间大规模部署适当的技术。

要加快向清洁能源电网的过渡，就必须深思熟虑，优先考虑易于在国内制造的解决方案，以及需要更多研发投入的长期技术。

太阳能就是这样一种创新技术。具体来说，如果能有效克服设计和开发方面的挑战与障碍，有效驾驭所有需要廉价、绿色电子的可再生能源解决方案，那么钙钛矿(一类合成的金属卤化物纳米材料)将在未来几年显著提升太阳能的利用能力。

钙钛矿可巩固现有太阳能解决方案

自20世纪50年代美国发明硅基光伏电池、1979年卡特总统在白宫屋顶安装太阳能组件以来，硅基光伏电池一直主导着当前的太阳能市场。

这一几十年前的突破使太阳能解决方案得到广泛推广，特别是随着技术的发展，这一解决方案变得更加经济实惠。如今，屋顶太阳能系统的均价已从十年前的5万美元降至2.5万美元。

钙钛矿为太阳能行业带来巨大价值有数项原因，其中包括：材料成本低廉。不需要昂贵或稀有的材料。资本设备支出低，生产所需的能耗也低。

它们预示着超低成本、超高效率的地区性太阳能生产的未来，其效益将超越能源生产和环境因素，扩大到就业机会创造和经济增长。

目前，全球太阳能行业受到供应链延伸的制约。多晶硅生产主要集中在亚洲，这从根本上限制了降低成本的可能性。先进的异质结技术所需的资本设备成本是同等产能的钙钛矿生产线的三倍。

此外，多晶硅生产对温度的要求很高，可达到1000华氏度以上，这对大规模生产所需的能源产生了重大影响。这种高热要求解释了为什么中国的多晶硅厂通常位于大型煤矿附近。与此相反，钙钛矿可在低于华氏150度的温度下进行加工，在扩大生产规模的能耗方面具有直接优势。

这为创新打造了市场机遇，而钙钛矿正是满足这一需求的产品，它能生产出成本低但效率高的太阳能设备，使传统硅组件的功能更强大、影响更深远。

它们的生产成本更低，加工能耗更低，制造过程更加自动化、高效化。它们的多功能性意味着它们可以集成到电动汽车、建筑太阳能解决方案、物联网小工具、航天器等更多领域。它们在促进农村用电方面也大有可为。

想象一下，在未来，紧凑的移动工厂(也许比标准集装箱大不了多少)可以被送往全球偏远地区。这些设备可以利用地区资源，制造价格低、效率高的太阳能组件。这一愿景描绘了从耐用但复杂的太阳能装置向成本效益高、可本土制造、可直接安装项目的过渡，摆脱了复杂的供应网络。

更重要的是，钙钛矿能改善硅太阳能组件的性能，以比传统组件低10%的成本从太阳光中多产生30%的电能。

许多业内专家认为，在未来十年内，钙钛矿将取代硅成为太阳能电池的主要材料。在美国生产的钙钛矿还有助于避免与某些硅-太阳能生产和供应链不确定性相关的劳工问题。

不过，在将钙钛矿大面积商业化之前，仍有一些挑战需要解决，这就需要不断进行研究，以确保它们与当前的太阳能技术相比仍具有竞争力。

光伏2.0的经验教训

2005年-2015年，也就是一些人所说的清洁技术1.0和光伏2.0期间，光伏技术的发展获得了明显的重视。虽然随之而来的是投资激增，但并非所有发展理论都站得住脚。

市场倾向于晶硅(主要来自中国)，在一定程度上也倾向于碲化镉(CdTe)太阳能技术。由于种种原因，薄膜硅和铜铟镓硒等几种太阳能技术都面临挫折：

技术限制：与晶硅相比，铜铟镓硒和薄膜硅在效率提升方面都遇到了瓶颈。这就让人们把注意力转移到了成本效益上，而成本效益对所需的先进基础设施和高端设备来说又是一个挑战。

设备成本：用于薄膜硅生产的先进设备的价格约为每瓦特1.00美元，最具竞争力的企业有可能降至每瓦特0.85美元，这还不包括设备成本。100MW规模的高级铜铟镓硒生产设备的价格徘徊在每瓦特0.70美元左右。

另一方面，中国的晶硅行业不断削减成本，最低降至每瓦0.15美元，涵盖了整个生产流程(有些可能还包括多晶硅生产)。

许多行业参与方要么没有认识到中国的快速进步，要么选择忽视它。中国组件和硅料价格的大幅下跌令西方制造商措手不及，从而抑制了聚光光伏和薄膜技术的发展前景。

如何扩大钙钛矿的应用范围

钙钛矿纳米材料是光伏解决方案领域的新前沿。我们必须明白，在全球舞台上，西方公司正面临着强大的、技术精湛的竞争对手。

我们不应将其视为挑战，而应将其视为动力。我们已见证了钙钛矿组件以更经济的价格高效发电。有了这样的基础，西方的钙钛矿先驱们可以通过以下方式加快钙钛矿的发展：

了解全球格局：认识全球技术进步的轨迹至关重要。无论是用于叠层还是单结产品，许多西方的钙钛矿计划和政策制定者都满足于制造一平方米以下的设备，这仅仅是商业可行项目所需面积的一半。

随着国际对手不断扩大规模，西方实体必须从研究过渡到大规模生产。

鼓励实际测试：通过由政府支持的独立设施，推动对钙钛矿组件的户外试验是关键所在。此外，在外部资助的太阳能项目中启动试点试验也至关重要。

确保最终用户能够通过真实的第三方结果来验证可接受的钙钛矿组件寿命，同时实现降本和性能提升的承诺尤为重要。

重视技能培养：这一行业需要一支精通机电一体化、供应链管理和工厂职能的团队。这些职位的薪酬极具吸引力，为以制造业为中心的经济转型铺平了道路。

最后，联邦和各州政策制定者对先进制造业的支持将是行业成功的关键因素。

从历史上看，当美国团结在具有凝聚力的、灵活的工业战略背后时，它就会蓬勃发展，州际高速公路网和阿波罗任务等标志性项目就是最好的证明。最近，《通货膨胀削减法案》、直接需求、贷款担保和国家推动的激励措施激发了行业的创新、发展和新理念的应用。

这些趋势以及联邦和各州的税收减免措施将大大推进美国的脱碳能力。太阳能电力对于减轻气候变化的长期影响、提高能源的独立性、可及性以及增强电网弹性至关重要。

通过关键的公私合作伙伴关系，我们可以在实现脱碳未来的道路上取得重大进展。

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