中國(guó)粉體網(wǎng)訊
鈣鈦礦與傳統(tǒng)晶硅路線對(duì)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(shí)間走完了晶硅過(guò)去四五十年走的路
鈣鈦礦,，這個(gè)有點(diǎn)拗口的名字在2022年的資本市場(chǎng)聲名鵲起,。
8月18日，科技部等九部門(mén)印發(fā)《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)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(shí)《‘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(jìn)光伏技術(shù)’這類(lèi)的表述,，對(duì)鈣鈦礦的共識(shí)去年底就有了�,！扁}鈦礦電池企業(yè)協(xié)鑫光電董事長(zhǎng)范斌告訴上海證券報(bào)記者,。
不同于字面意思，作為光伏材料的鈣鈦礦,，實(shí)際是指與鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似的一大類(lèi)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(shí)間，走完晶硅半個(gè)世紀(jì)發(fā)展之路,。當(dāng)2013年美國(guó)《科學(xué)》雜志將鈣鈦礦評(píng)為年度十大科學(xué)突破,，在彼時(shí)仍由晶硅完全“統(tǒng)治”的光伏世界中，鈣鈦礦還在實(shí)驗(yàn)室里力證自己在光電效應(yīng)上的巨大潛力,。
而從“無(wú)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(shí)，在這條以“降本增效”為導(dǎo)向的賽道上,，越來(lái)越多“追光者”陸續(xù)入場(chǎng),。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(lái)技術(shù),。
然而,，技術(shù)日趨成熟、資本爭(zhēng)相競(jìng)逐的攪動(dòng)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(shuí)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(yuǎn),？誰(shuí)會(huì)是最先“跑出來(lái)”的那匹“賽馬”,？一系列問(wèn)題被擺在這個(gè)“光伏新星”的面前，而黎明前的“押注”亦考驗(yàn)著市場(chǎng)的洞見(jiàn)與定力,。
資本市場(chǎng)“春江水暖”
春江水暖鴨先知,。相較于二級(jí)市場(chǎng)“聞風(fēng)而動(dòng)”，一級(jí)市場(chǎng)則更早嗅到了未來(lái)技術(shù)的行進(jìn)氣息,。
“得鈣鈦礦者得‘漲聲’,。”此言之于2022年的資本市場(chǎng)毫不夸張,。截至8月18日的一個(gè)月間,，Choice“鈣鈦礦電池”指數(shù)漲幅達(dá)24.30%，跑贏大盤(pán),。京山輕機(jī),、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(dòng)平臺(tái)上被問(wèn)及是否涉足鈣鈦礦業(yè)務(wù),。
不過(guò)，一位深耕鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)投機(jī)構(gòu)合伙人告訴記者,，國(guó)內(nèi)目前主要的鈣鈦礦鏈上的優(yōu)勢(shì)企業(yè)大多還沒(méi)上市,，比如纖納光電、協(xié)鑫光電,、仁爍光能,、極電光能、萬(wàn)度光能,、華能新能源等,，各家中試線計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦光伏應(yīng)用。
協(xié)鑫光電創(chuàng)始人,、董事長(zhǎng)范斌昨日告訴記者,，公司100MW中試線（尺寸1mx2m）已經(jīng)在運(yùn)行，計(jì)劃今年效率達(dá)到16%,，2023年達(dá)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)最大化,。與此同時(shí),，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(xiàng)目仍以單結(jié)（即單層鈣鈦礦面板）為主,。
對(duì)于為何“獨(dú)辟蹊徑”,，仁爍光能一位高管對(duì)記者解釋道：“我們認(rèn)為鈣鈦礦疊鈣鈦礦將是鈣鈦礦面板的最終方案，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)化效率最高,，并且疊層技術(shù)向下兼容單結(jié),，無(wú)須再單獨(dú)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(jìng)速量產(chǎn)的路線抉擇,，也包含了風(fēng)險(xiǎn)投資人錨定“陪跑對(duì)象”的深層邏輯。協(xié)鑫光電2年來(lái)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(shí)代,、凱輝等明星機(jī)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(tuán),、招銀國(guó)際、杭開(kāi)集團(tuán)等,。
此外,，A股多家新能源龍頭也紛紛出手鈣鈦礦。如寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群在近期召開(kāi)的業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上表示：“公司鈣鈦礦電池研究進(jìn)展非常順利,，正在搭建中試線,。”
應(yīng)用領(lǐng)域“開(kāi)疆拓土”
如果說(shuō)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(kāi)市場(chǎng)的傍身之技,。
鈣鈦礦材料自涉足太陽(yáng)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(kāi)啟一場(chǎng)“效率革命”,。
在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)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(yáng)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(shí)上,，自2017年以來(lái)，晶硅的實(shí)驗(yàn)室效率就一直在26.7%“原地踏步”,，未再實(shí)現(xiàn)新的突破,。
與之形成鮮明對(duì)比，鈣鈦礦則走出了“最陡峭的成長(zhǎng)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(shí)其電能轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%。僅僅過(guò)去13年,，今天鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率就已基本追平了晶硅60多年發(fā)展才達(dá)到的結(jié)果,，達(dá)到了25.7%,。而且,，鈣鈦礦電池的單層理論效率達(dá)33%，雙層可達(dá)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(kāi)發(fā)速度之所以比晶硅快得多,，是因?yàn)樗粏沃敢环N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(zhǎng)都集中在光電轉(zhuǎn)化效率最高的波長(zhǎng)（1.4eV）附近,。通過(guò)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(zhǎng)的光電轉(zhuǎn)化效率偏低,，而且是單一物質(zhì)，無(wú)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(lái)做鈣鈦礦電池的原料。生產(chǎn)鈣鈦礦電池薄膜的過(guò)程類(lèi)似于報(bào)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(chǎng)景,。鈣鈦礦材料不僅可以簡(jiǎn)單地印刷在玻璃表面,，制備玻璃基底的太陽(yáng)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(chǎng)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(shuō)：“鈣鈦礦還可以制成彩色和半透明薄膜，從而實(shí)現(xiàn)不同的彩色效果,。這些都是晶硅材料完全無(wú)法涉足的新領(lǐng)域,�,！�
同樣看好鈣鈦礦技術(shù)的未來(lái)，金剛玻璃總經(jīng)理嚴(yán)春來(lái)提出,，要把玻璃的光能價(jià)值回用于玻璃的應(yīng)用場(chǎng)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(shì)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(zhēng)之地”,。傳統(tǒng)設(shè)備廠商亦紛紛發(fā)力。
增效的同時(shí),，降本是關(guān)鍵。談及這點(diǎn),，專(zhuān)注于投資鈣鈦礦的中財(cái)鼎晟合伙人很是興奮，他站起來(lái)在白板上奮筆疾書(shū)：“硅料廠——高,，硅片廠——高，電池廠——高,。晶硅光伏每一個(gè)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(huà)了一個(gè)方框，一個(gè)箭頭進(jìn),、一個(gè)箭頭出，“鈣鈦礦,，就這一個(gè)流程,！”
具體制備流程上，鈣鈦礦溶液先在實(shí)驗(yàn)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(guò)自動(dòng)化清洗后，進(jìn)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(shí)現(xiàn)串聯(lián),；真空鍍上背電極（PVD）后,，開(kāi)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(gè)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(jiàn),，鈣鈦礦“電池即組件”的模式極大簡(jiǎn)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(yáng)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(zhēng)之地”,。在該環(huán)節(jié)頗具領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的德滬涂膜日前宣布，公司開(kāi)發(fā)的用于大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能面板制造核心涂膜設(shè)備系統(tǒng)驗(yàn)收成功,，可直接對(duì)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(zhuān)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(fù)責(zé)核心光源開(kāi)發(fā)的張楠對(duì)記者說(shuō)：“我們很看好光伏等清潔能源賽道,，針對(duì)鈣鈦礦行業(yè),，團(tuán)隊(duì)早期開(kāi)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?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料不同,，其對(duì)激光設(shè)備的要求也稍有不同,，有至少4個(gè)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(guò)驗(yàn)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(jìn)入驗(yàn)證階段,，或已開(kāi)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(jī)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(lái)股份等光伏“業(yè)內(nèi)人”也開(kāi)始大力開(kāi)展設(shè)備自研,、設(shè)備改造及技術(shù)驗(yàn)證等。
產(chǎn)業(yè)化道阻且長(zhǎng)
鈣鈦礦走向更廣闊的市場(chǎng),，仍要越過(guò)實(shí)驗(yàn)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(yáng)能電池需要接近10億元投資規(guī)模,，而業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè),，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(jiàn),，沒(méi)有瓶頸，用量也少,；純度要求上,，硅料純度需達(dá)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(wàn)好”,，鈣鈦礦走向更廣闊的市場(chǎng),，仍要越過(guò)實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的“鴻溝”。
“工藝與配方并重,�,！币晃唤邮苡浾卟稍L的鈣鈦礦企業(yè)高層戲稱(chēng)，“做鈣鈦礦就像炒菜,，你加一樣的料,，用一樣的鍋，但每個(gè)人炒出來(lái)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(xì)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(shí)間短,，工藝還不像晶硅那樣成熟，鈣鈦礦的產(chǎn)線設(shè)計(jì)沒(méi)有現(xiàn)成模板,，都需要?jiǎng)?chuàng)業(yè)公司“從0到1”,，摸著石頭過(guò)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(gè)過(guò)程肯定不是一蹴而就的�,！睂�(duì)此,，顏步一給出的解法是，“反復(fù)嘗試,。我們通過(guò)不斷引入高性能的界面修飾材料,，來(lái)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(wèn)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(jiǎn)單套用晶硅的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)試鈣鈦礦。如果標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)定下來(lái),，怎么知道如何可以應(yīng)用呢,？”仁爍光能高管表示,。范斌認(rèn)為業(yè)界對(duì)此確實(shí)存在爭(zhēng)議，目前普遍做法是沿用晶硅的IEC 61215標(biāo)準(zhǔn),。
對(duì)于設(shè)備廠商來(lái)說(shuō),，張楠直言：“2021年被認(rèn)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(wèn)題。需要看到更多的量產(chǎn)來(lái)驗(yàn)證,�,！�
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除,！
