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鈣鈦礦與傳統(tǒng)晶硅路線對比
位于浙江衢州的全球首款鈣鈦礦商用組件α示范電站 郭晨凱 制圖
鈣鈦礦用了不到十年的時間走完了晶硅過去四五十年走的路
鈣鈦礦,，這個有點拗口的名字在2022年的資本市場聲名鵲起。
8月18日,，科技部等九部門印發(fā)《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》,，提出研發(fā)高效硅基光伏電池、高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池等技術(shù),，再次將鈣鈦礦這一新技術(shù)推至聚光燈下,。
“其實《‘十四五’能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》里已經(jīng)有‘發(fā)展鈣鈦礦等先進光伏技術(shù)’這類的表述，對鈣鈦礦的共識去年底就有了,�,！扁}鈦礦電池企業(yè)協(xié)鑫光電董事長范斌告訴上海證券報記者。
不同于字面意思,，作為光伏材料的鈣鈦礦,，實際是指與鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類似的一大類化合物。因其更高的理論效率,、更低的可期成本,，而被視為下一代光伏路線可能選擇的“終極答案”。
以10年時間,，走完晶硅半個世紀(jì)發(fā)展之路,。當(dāng)2013年美國《科學(xué)》雜志將鈣鈦礦評為年度十大科學(xué)突破，在彼時仍由晶硅完全“統(tǒng)治”的光伏世界中,，鈣鈦礦還在實驗室里力證自己在光電效應(yīng)上的巨大潛力,。
而從“無名之輩”到“明日之星”，鈣鈦礦的轉(zhuǎn)化效率也從最初的3.8%,，躍升至如今鈣鈦礦-疊層電池31.3%的最新理論數(shù)據(jù),。這段“成名”之旅，始終伴隨著鈣鈦礦技術(shù)上限的不斷突破和產(chǎn)業(yè)化的逐步落地,。
與此同時,，在這條以“降本增效”為導(dǎo)向的賽道上，越來越多“追光者”陸續(xù)入場,。隆基,、晶科、天合,、凱輝,、寧德、騰訊等一眾行業(yè)龍頭,、創(chuàng)投基金和產(chǎn)業(yè)資本紛紛布局鈣鈦礦,，搶灘未來技術(shù),。
然而，技術(shù)日趨成熟,、資本爭相競逐的攪動下,，鈣鈦礦也面臨著愈發(fā)急迫的商業(yè)化難題。穩(wěn)定性,、大尺寸的技術(shù)瓶頸怎么破,？行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由誰制定、如何制定,？產(chǎn)業(yè)鏈距離大規(guī)模爆發(fā)到底還有多遠,？誰會是最先“跑出來”的那匹“賽馬”？一系列問題被擺在這個“光伏新星”的面前,，而黎明前的“押注”亦考驗著市場的洞見與定力,。
資本市場“春江水暖”
春江水暖鴨先知。相較于二級市場“聞風(fēng)而動”,，一級市場則更早嗅到了未來技術(shù)的行進氣息,。
“得鈣鈦礦者得‘漲聲’�,！贝搜灾�2022年的資本市場毫不夸張,。截至8月18日的一個月間，Choice“鈣鈦礦電池”指數(shù)漲幅達24.30%,，跑贏大盤,。京山輕機、金晶科技,、杭蕭鋼構(gòu)等概念股持續(xù)大漲,。8月至今，就有協(xié)鑫集成,、特變電工,、瑞泰新材等十余家上市公司在互動平臺上被問及是否涉足鈣鈦礦業(yè)務(wù)。
不過,，一位深耕鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)投機構(gòu)合伙人告訴記者,，國內(nèi)目前主要的鈣鈦礦鏈上的優(yōu)勢企業(yè)大多還沒上市，比如纖納光電,、協(xié)鑫光電,、仁爍光能、極電光能,、萬度光能,、華能新能源等,，各家中試線計劃基本集中在今明兩年安裝完成,，規(guī)模都在100MW—200MW之間,，組件尺寸主要為1.2mx0.6m或相近尺寸。
率先在量產(chǎn)道路上邁出切實步伐的,，當(dāng)屬纖納光電和協(xié)鑫光電兩家企業(yè),。7月28日，纖納光電宣布,，將首批5000件α組件（最高功率130W,，尺寸1.245mx0.635m）發(fā)往浙江省工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站，率先實現(xiàn)了鈣鈦礦光伏應(yīng)用,。
協(xié)鑫光電創(chuàng)始人,、董事長范斌昨日告訴記者，公司100MW中試線（尺寸1mx2m）已經(jīng)在運行,，計劃今年效率達到16%,，2023年達到18%。
“主攻”疊層鈣鈦礦組件的仁爍光能,，成為在這一技術(shù)路線上走得最遠的公司,。顧名思義，“疊層鈣鈦礦”即將兩層鈣鈦礦疊加在一起,，從而使得組件效率實現(xiàn)最大化,。與此同時，天合光能正在研發(fā)晶硅上疊鈣鈦礦,，而更多廠商研發(fā)的項目仍以單結(jié)（即單層鈣鈦礦面板）為主,。
對于為何“獨辟蹊徑”，仁爍光能一位高管對記者解釋道：“我們認為鈣鈦礦疊鈣鈦礦將是鈣鈦礦面板的最終方案,，因為它的轉(zhuǎn)化效率最高,，并且疊層技術(shù)向下兼容單結(jié)，無須再單獨研發(fā)單結(jié)技術(shù)即可生產(chǎn)單結(jié),�,！�
而在技術(shù)分野背后，既是創(chuàng)業(yè)公司競速量產(chǎn)的路線抉擇,，也包含了風(fēng)險投資人錨定“陪跑對象”的深層邏輯,。協(xié)鑫光電2年來已完成5輪融資，最近一次的B輪融資在今年5月完成,。范斌告訴記者,，投資方包括騰訊、寧德時代,、凱輝等明星機構(gòu),。再如，纖納光電亦在2015—2021年間獲得了5輪投資,，投資方包括三峽資本,、三峽能源,、京能集團、招銀國際,、杭開集團等,。
此外，A股多家新能源龍頭也紛紛出手鈣鈦礦,。如寧德時代董事長曾毓群在近期召開的業(yè)績說明會上表示：“公司鈣鈦礦電池研究進展非常順利,，正在搭建中試線�,！�
應(yīng)用領(lǐng)域“開疆拓土”
如果說在轉(zhuǎn)化效率上的更高上限,，是鈣鈦礦闖蕩光伏領(lǐng)域的立足之地；那么在應(yīng)用領(lǐng)域上的更多可能,，則是鈣鈦礦打開市場的傍身之技,。
鈣鈦礦材料自涉足太陽能電池領(lǐng)域之初，便將目光牢牢鎖定晶硅轉(zhuǎn)化效率的“天花板”,，開啟一場“效率革命”,。
在過去相當(dāng)長一段時間里，晶硅光伏電池都是成本和效率極佳的統(tǒng)一體,。相伴而生的,，是天然礦物轉(zhuǎn)化太陽能效率的局限性。29.43%的理論極限值,，成為晶硅材料“一眼到頭”的屏障,。事實上，自2017年以來,，晶硅的實驗室效率就一直在26.7%“原地踏步”,，未再實現(xiàn)新的突破。
與之形成鮮明對比,，鈣鈦礦則走出了“最陡峭的成長曲線”,。2009年，日本科學(xué)家首次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電,，當(dāng)時其電能轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%,。僅僅過去13年，今天鈣鈦礦電池的實驗室效率就已基本追平了晶硅60多年發(fā)展才達到的結(jié)果,，達到了25.7%,。而且，鈣鈦礦電池的單層理論效率達33%,，雙層可達45%以上,，具有比晶硅更高的提升空間。
業(yè)內(nèi)人士向記者介紹，鈣鈦礦電池的開發(fā)速度之所以比晶硅快得多,，是因為它不單指一種物質(zhì),，而是多種化合物的混合。這些化合物所吸收光的波長都集中在光電轉(zhuǎn)化效率最高的波長（1.4eV）附近,。通過調(diào)整這些化合物的組合，電池效率可以不斷提升,。相比之下,，晶硅不僅吸收波長的光電轉(zhuǎn)化效率偏低，而且是單一物質(zhì),，無法調(diào)節(jié),。
采訪中，纖納光電CTO顏步一抄起一瓶像墨水一樣的東西向記者介紹：“這就是用來做鈣鈦礦電池的原料,。生產(chǎn)鈣鈦礦電池薄膜的過程類似于報紙打印,，我們把‘墨水’涂在基板的表面，最后再涂覆一層隔水隔油的材料,，蓋上基板即完成生產(chǎn),。”
這樣的工藝特性,，也賦予了鈣鈦礦電池更為豐富的應(yīng)用場景,。鈣鈦礦材料不僅可以簡單地印刷在玻璃表面，制備玻璃基底的太陽能電池,，還可以印刷在其他材料,，比如輕薄柔軟的塑料或者窗簾表面。具備大尺度彎曲能力的電池,，還可以將自己的應(yīng)用場景延伸至我們隨身的電子設(shè)備,、日用家電智能設(shè)備以及光伏建筑一體化等。
顏步一得意地說：“鈣鈦礦還可以制成彩色和半透明薄膜,，從而實現(xiàn)不同的彩色效果,。這些都是晶硅材料完全無法涉足的新領(lǐng)域�,！�
同樣看好鈣鈦礦技術(shù)的未來,，金剛玻璃總經(jīng)理嚴(yán)春來提出，要把玻璃的光能價值回用于玻璃的應(yīng)用場所,，即在BIPV（光伏建筑一體化）+BAPV（屋頂光伏）+BTPV（建筑光伏應(yīng)用）等領(lǐng)域大顯身手,。
產(chǎn)業(yè)鏈蓄勢待發(fā)
作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)的涂布及PVD，成為設(shè)備廠商的“必爭之地”,。傳統(tǒng)設(shè)備廠商亦紛紛發(fā)力,。
增效的同時，降本是關(guān)鍵。談及這點,，專注于投資鈣鈦礦的中財鼎晟合伙人很是興奮,，他站起來在白板上奮筆疾書：“硅料廠——高，硅片廠——高,，電池廠——高,。晶硅光伏每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是高耗能！”接著,，他將這些環(huán)節(jié)劃上斜線,，并在下面畫了一個方框，一個箭頭進,、一個箭頭出,，“鈣鈦礦，就這一個流程,！”
具體制備流程上,，鈣鈦礦溶液先在實驗室的瓶瓶罐罐里合成后，被送至生產(chǎn)線,；帶有正電極的玻璃經(jīng)過自動化清洗后,，進行第一道真空鍍膜、激光劃線,；涂布鈣鈦礦之后結(jié)晶,，再以激光刻出第二道槽，實現(xiàn)串聯(lián),；真空鍍上背電極（PVD）后,，開始第三道激光劃線；第四道激光清邊,，完成后裝背板,，加熱之間的膠膜，使玻璃與前述材料粘在一起,。
一個前后玻璃,、中間夾有鈣鈦礦和電極的組件由此誕生。顯而易見,，鈣鈦礦“電池即組件”的模式極大簡化了其生產(chǎn)流程,。而涂布和PVD工藝的應(yīng)用，也讓鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)制造更接近于面板行業(yè),。
作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)的涂布及PVD,，成為設(shè)備廠商的“必爭之地”。在該環(huán)節(jié)頗具領(lǐng)先優(yōu)勢的德滬涂膜日前宣布,，公司開發(fā)的用于大面積鈣鈦礦太陽能面板制造核心涂膜設(shè)備系統(tǒng)驗收成功,，可直接對標(biāo)世界前列的德日韓狹縫涂布設(shè)備,。
激光設(shè)備在鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈中也頗為重要。專注于激光設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)的科創(chuàng)板公司杰普特已悄然布局這一新興賽道,。公司負責(zé)核心光源開發(fā)的張楠對記者說：“我們很看好光伏等清潔能源賽道,，針對鈣鈦礦行業(yè)，團隊早期開發(fā)了柔性鈣鈦礦模切設(shè)備,。鈣鈦礦光伏電池片制造企業(yè)因為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料不同,，其對激光設(shè)備的要求也稍有不同，有至少4個環(huán)節(jié)用到激光技術(shù),�,！�2021年，該公司為江蘇大正微納科技定制的首套柔性鈣鈦礦模切設(shè)備通過驗收并正式投入使用,。
傳統(tǒng)設(shè)備廠商亦紛紛發(fā)力，不少設(shè)備工藝進入驗證階段,，或已開展中試線,，承接小批訂單。如邁為股份主攻鈣鈦礦層印刷,，真空鍍膜,，相關(guān)定制激光設(shè)備已經(jīng)交付。京山輕機子公司晟成光伏選擇與協(xié)鑫光電合作建設(shè)電池及組件生產(chǎn)線,。此外,，東方日升、通威股份,、晶科能源,、中來股份等光伏“業(yè)內(nèi)人”也開始大力開展設(shè)備自研、設(shè)備改造及技術(shù)驗證等,。
產(chǎn)業(yè)化道阻且長
鈣鈦礦走向更廣闊的市場,，仍要越過實驗室到生產(chǎn)線的“鴻溝”。
從產(chǎn)能投資看,，1GW產(chǎn)能的晶硅太陽能電池需要接近10億元投資規(guī)模,，而業(yè)內(nèi)預(yù)測，成熟期的鈣鈦礦成本只需它的二分之一,。原材料方面,，鈣鈦礦原料較為常見，沒有瓶頸,，用量也少,；純度要求上，硅料純度需達到99.9999%以上,，但鈣鈦礦只需要95%即可滿足使用需求,；能耗方面，每1瓦單晶組件制造的能耗約為1.52kWh，而鈣鈦礦組件能耗僅為0.12kWh……
然而,，縱有“千好萬好”,，鈣鈦礦走向更廣闊的市場，仍要越過實驗室到生產(chǎn)線的“鴻溝”,。
“工藝與配方并重,。”一位接受記者采訪的鈣鈦礦企業(yè)高層戲稱,，“做鈣鈦礦就像炒菜,，你加一樣的料，用一樣的鍋,，但每個人炒出來的味道就是不一樣,。”
也并非拿到好的設(shè)備就能保證生產(chǎn)出好的電池,。鈣鈦礦溶液的配比,、設(shè)備調(diào)試的細節(jié)，既是各家公司的“秘鑰”,，也是行業(yè)的共同課題,。由于技術(shù)發(fā)展時間短，工藝還不像晶硅那樣成熟,，鈣鈦礦的產(chǎn)線設(shè)計沒有現(xiàn)成模板,，都需要創(chuàng)業(yè)公司“從0到1”，摸著石頭過河,。
如何將鈣鈦礦層均勻地涂抹于設(shè)備表面,？如何突破鈣鈦礦易氧化、不耐高溫,、衰減率高,、壽命短等技術(shù)瓶頸？“這個過程肯定不是一蹴而就的,�,！睂Υ耍伈揭唤o出的解法是,，“反復(fù)嘗試,。我們通過不斷引入高性能的界面修飾材料，來提高商業(yè)化鈣鈦礦模組的效率與穩(wěn)定性,�,！�
此外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)空缺也是鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題之一,�,！熬Ч璧膬�(nèi)部體系和鈣鈦礦的顯然不一樣,，所以不能簡單套用晶硅的標(biāo)準(zhǔn)來測試鈣鈦礦。如果標(biāo)準(zhǔn)沒定下來,，怎么知道如何可以應(yīng)用呢,？”仁爍光能高管表示。范斌認為業(yè)界對此確實存在爭議,，目前普遍做法是沿用晶硅的IEC 61215標(biāo)準(zhǔn),。
對于設(shè)備廠商來說，張楠直言：“2021年被認為是鈣鈦礦光伏電池片產(chǎn)業(yè)的元年,，而鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)真正大行其道,，可能還需數(shù)年培育。目前比較受關(guān)注的是大尺寸的光電轉(zhuǎn)換效率及壽命問題,。需要看到更多的量產(chǎn)來驗證,。”
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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