EQE高达190%！新材料大幅提升太阳能电池量子效率，打破肖克利-奎瑟理论效率极限【附太阳能电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

据最新一期《科学进展》杂志报道，美国理海大学研究人员开发出一种新材料，可大幅提高太阳能电池板效率。使用该材料作为太阳能电池活性层的原型表现出80%的平均光伏吸收率、高光生载流子生成率以及高达190%的外量子效率(EQE)，而在传统太阳能电池中，最大EQE为100%，这一指标远远超过了突破硅基材料的肖克利-奎瑟理论效率极限，并将光伏量子材料领域推向新高度。

研究人员表示，这项工作代表着在理解和开发可持续能源解决方案的一次重大飞跃。未来，这种创新方法将重新定义太阳能的效率和可及性。该材料效率的提升很大程度上归因于独特的“中间能带态”，即位于材料电子结构内的特定能级。这使其成为太阳能转换的理想选择。

在新材料中，“中间能带态”能够捕获传统太阳能电池失去的光子能量。研究人员利用“范德华间隙”，即层状二维材料之间的原子级小间隙，开发了这种新型材料。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常使用它们来插入或嵌入其他元素，以调整材料特性。

为了开发新材料，研究人员将零价铜原子插入到由硒化锗和硫化锡组成的二维材料层之间。随后，他们开发出可作为概念证明的原型。结果发现，其快速响应和提高效率有力地证明了铜插层作为量子材料在光伏应用中的潜力，这为提高太阳能转换效率提供了一条新途径。

图片来源：摄图网

技术价值观察

太阳能电池产业链一般包括上游的原材料，如硅片、银浆、纯碱、石英砂等，以及将原材料进行加工，制造成硅棒、硅锭和硅片等;中游分为两大部分，光伏电池板及光伏组件;下游为太阳能电池，光伏的应用领域，包括电站系统的集成和运行。目前中国太阳能行业的产业链较为完整，市场需求量大。

研究人员开发出一种新型材料，可大幅提高太阳能电池板效率，表现出高达190%的外量子效率(EQE)。从太阳能电池产业链上看，该技术处于产业链的上游原材料环节。

宏观市场观察

——全球太阳能电池技术来源国分布：中国占比最高

目前，全球太阳能电池第一大技术来源国为中国，我国太阳能电池专利申请量占全球太阳能电池专利总申请量的42.31%;其次是日本，日本太阳能电池专利申请量占全球太阳能电池专利总申请量的20.70%。韩国和美国分别排名第三和第四，占比也均超过10%。

——LG电子株式会社夺得桂冠

全球太阳能电池行业专利申请数量TOP10申请人分别是LG电子株式会社、浙江爱旭太阳能科技有限公司、广东爱旭科技有限公司、松下知识产权经营株式会社、钟渊化学工业株式会社、苏州阿特斯阳光电力科技有限公司、夏普株式会社、阿特斯阳光电力集团股份有限公司、太阳电子公司和天合光能股份有限公司。

其中，LG电子株式会社太阳能电池专利申请数量最多，为932项。浙江爱旭太阳能科技有限公司排名第二，其太阳能电池专利申请数量也超过600项。

——供给：太阳能电池产量不断创新高

从我国太阳能电池生产数量来看，我国太阳能电池产量从2015年以来波动增长，2020年受疫情影响，行业产量增速也仅是较2019年小幅下降，2021年1-11月，我国太阳能电池产量已达到21113.5万千瓦，已超过2020年全年的数据。

——需求：光伏发电装机容量不断增长

我国太阳能光伏行业虽起步较晚，但发展迅速，尤其是2013年以来，在国家及各地区的政策驱动下，太阳能光伏发电在我国呈现爆发式增长。据国家能源局统计数据显示，2017年，我国光伏发电新增装机容量为53.06GW，创历史新高，2018年，受光伏531新政影响，各地光伏发电新增项目有所下滑，全年新增装机容量为44.26GW，同比下降16.58%。受国家光伏行业补贴、金融扶持等政策影响，2020年及2021年光伏装机量大幅回升。2020年，中国光伏新增装机48.20GW，同比增长59.50%。2021年，中国光伏新增装机创新高，达到54.88GW，同比增长13.96%。2022年，中国光伏新增装机再创新高，达到87.41GW，同比增长59%。

据国家能源局统计数据显示，2013年以来，我国光伏发电累计装机容量增长迅速。2013年，全国光伏发电累计装机容量仅为19.42GW，到2019年已经增长至204.58GW。在2013-2019年，全国光伏发电累计装机容量已超过10倍增长。截至2021年，全国光伏发电累计装机306.56GW，同比增长20.96%。2022年，全国光伏发电累计装机393.97GW，同比增长29%。

——出口：太阳能电池出口数量不断增长

从出口情况来看，我国是光伏产业大国，2015-2021年我国太阳能电池出口数量逐年增加，尤其是2019年，行业出口快速增长。根据海关总署数据显示，2015年我国太阳能电池出口数量仅有63249万个，到了2019年增加到245273万个，较2018年同比增长120.23%。截至2021年11月，我国太阳能电池出口数量已经达到291927万个，已超过2020年全年数量。

——太阳能电池产业将进入整合阶段

“十四五”规划提出要构建现代能源体系，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。大力提升光伏发电规模，加快发展东中部分布式能源，建设一批多能互补的清洁能源基地，“十四五”期间非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。

2021年5月11日，国家能源局发布《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》，明确提出2021年全国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到11%左右，后续逐年提高，确保2025年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右。

随着我国太阳能电池行业的快速发展，光伏技术的不断成熟，太阳能电池产品发展将趋于智能化、轻量化和集成化;而行业补贴的不断滑坡，将不断促使行业的市场化发展，因此降低成本仍将是行业发展未来几年的主题，并且在这一大背景下，行业整合将进一步加剧，企业间兼并重组事件数量预计将大幅增加。

中国太阳能电池技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与太阳能电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华东和华南地区，并且以江苏、广东省为重点发展区域，未来布局太阳能电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华东华南优先导入，其中可重点关注江苏省扬州市高邮市、广东省深圳市福田区、龙华区、宝安区所处太阳能电池的相关企业，以及该地方对于太阳能电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国太阳能电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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