進(jìn)入2022年以來，鈣鈦礦電池技術(shù)成為了光伏行業(yè)乃至資本市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)。在協(xié)鑫光電、纖納光電等企業(yè)實(shí)現(xiàn)MW級(jí)量產(chǎn)的同時(shí)，也吸引了騰訊、寧德時(shí)代、碧桂園、高瓴等諸多名企的入局。與此同時(shí)，政府層面對(duì)于鈣鈦礦電池技術(shù)的發(fā)展也頗為重視，在相關(guān)政策文件中均明確指出要掌握鈣鈦礦等新一代高效低成本光伏電池制備及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。
隨著晶硅電池已經(jīng)愈發(fā)接近光電轉(zhuǎn)換效率理論極限，鈣鈦礦電池憑借高效率、低成本優(yōu)勢(shì)，被諸多媒體以及研究機(jī)構(gòu)譽(yù)為光伏行業(yè)的“顛覆者”。同時(shí)，由于其具有光吸收系數(shù)高、載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)、帶隙可調(diào)等特性，非常適合與晶硅電池制成轉(zhuǎn)換效率高達(dá)49%的硅/鈣鈦礦疊層電池，因此也有一種聲音認(rèn)為其是晶硅的“賦能者”。
那么，資本青睞、政策扶持的鈣鈦礦，究竟是“顛覆者”還是“賦能者”？
效率：賦能晶硅
鈣鈦礦電池是一種以鈣鈦礦型（ABX3型）晶體為吸光層的新一代光伏薄膜電池，具有光吸收系數(shù)高、載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)、帶隙可調(diào)等特性，相比于晶硅電池，其光電轉(zhuǎn)換效率上限更高，且非常適合與晶硅電池制成硅/鈣鈦礦疊層電池。
Scientific Report數(shù)據(jù)顯示，單結(jié)鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率極限為31%，略高于晶硅電池的29.43%，而雙結(jié)疊層電池和三結(jié)疊層電池則高達(dá)45%和49%。目前，單結(jié)鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到25.8%，與晶硅電池26.5%的實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄相差無幾，而與HJT和TOPCon組成的疊層電池則高達(dá)29.2%和28.2%。
資料顯示，疊層電池是由兩個(gè)或多個(gè)吸收光譜互補(bǔ)的子電池串聯(lián)或并聯(lián)堆疊，通過寬帶隙子電池吸收高能光子，窄帶隙子電池吸收低能光子以減小損耗繼而提高光子利用率。由于晶體硅具有1.12eV的帶隙，因此應(yīng)用于頂部的電池材料如果具有1.725eV的帶隙，便可獲得最高45%的光電轉(zhuǎn)換效率。例如甲胺鉛碘（CH3NH3Pb I3）鈣鈦礦帶隙為1.55eV，且調(diào)節(jié)范圍可達(dá)1.55eV-2.3eV。
可以看出，單結(jié)鈣鈦礦在效率上相比于晶硅并沒有顯著優(yōu)勢(shì)，但疊層電池則高出53%-66%。京山輕機(jī)在近期發(fā)布的交流紀(jì)要中表示，鈣鈦礦從原理上更適合做疊層，尤其是在工藝上與HJT的親和力更好。
成本：顛覆晶硅
除了效率優(yōu)勢(shì)以外，鈣鈦礦在成本端受益于制備工藝簡(jiǎn)單、原材料耗量少、能耗低等優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)成本僅為晶硅的50%，且徹底顛覆了晶硅冗長(zhǎng)、復(fù)雜的生產(chǎn)工藝。
根據(jù)協(xié)鑫納米披露的數(shù)據(jù)顯示，鈣鈦礦組件的生產(chǎn)僅需一個(gè)工廠、45分鐘即可完成，而晶硅組件則需要經(jīng)歷硅料、硅片、電池、組件等多個(gè)不同工廠的生產(chǎn)加工，最快也需要三天時(shí)間。
反映到生產(chǎn)成本上，鈣鈦礦組件單W成本約為0.5元/W，僅為晶硅組件的50%。根據(jù)協(xié)鑫納米的測(cè)算，鈣鈦礦組件的單GW投資額僅為5億元，而晶硅電池四大主制造環(huán)節(jié)則高達(dá)10億元。同時(shí)，鈣鈦礦組件中鈣鈦礦層厚度僅為0.3μm，原材料用料極少且不存在稀缺性。據(jù)測(cè)算，每塊晶硅材料組件消耗1kg硅材料，同樣大小的鈣鈦礦組件僅消耗2g鈣鈦礦材料。 此外，鈣鈦礦組件的制造能耗僅為0.12kWh/Wp，不及晶硅組件能耗的1/10。
對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，除了效率以外，初始投資額和資產(chǎn)折舊的下降同樣能夠顯著降低度電成本。也就是說，在相同效率下，單結(jié)鈣鈦礦僅成本的下降，便可與晶硅在度電成本上拉開顯著差距。由此可見，在成本端鈣鈦礦相較于晶硅無疑是顛覆性的存在。
壽命與量產(chǎn)：不及晶硅
雖然鈣鈦礦在效率端和成本端相較于晶硅優(yōu)勢(shì)顯著，但較短的使用壽命以及尚不成熟的量產(chǎn)工藝，是制約其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地的兩大關(guān)鍵因素。
相比于晶硅，鈣鈦礦具有質(zhì)地脆弱、不耐高溫、易氧化、濕氣環(huán)境下易分解等特性，導(dǎo)致其使用壽命較短且光電轉(zhuǎn)化率衰減較大。數(shù)據(jù)顯示，鈣鈦礦組件的T80壽命（效率下降到初始值的80%）約為4000小時(shí)，距離晶硅組件的25年壽命相距甚遠(yuǎn)。
針對(duì)穩(wěn)定性問題，業(yè)內(nèi)也在不斷加強(qiáng)研發(fā)，并提出了多種解決方式，例如使用全無機(jī)鈣鈦礦材料、提升封裝工藝等。此外，據(jù)媒體報(bào)道，近期美國(guó)普林斯頓大學(xué)研究人員開發(fā)出第一款具有商業(yè)可行性的鈣鈦礦太陽能電池，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)到30年。
除了使用壽命以外，量產(chǎn)工藝不夠成熟也同樣制約著鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化落地。目前，實(shí)驗(yàn)室制備的高效率鈣鈦礦組件，多為使用溶液旋涂法在1cm2的極小面積薄膜上實(shí)現(xiàn)，而該工藝由于難以沉積大面積、連續(xù)的鈣鈦礦薄膜，因此無法滿足大面積、低成本的量產(chǎn)需求。
雖然目前已有刮涂法、狹縫涂布法、噴涂印刷法等多種可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的生產(chǎn)工藝，但在量產(chǎn)光電轉(zhuǎn)換效率上，與溶液旋涂法相比仍有較大差距。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前鈣鈦礦組件的最高量產(chǎn)光電轉(zhuǎn)換效率僅為21.4%（纖納光電）。
聲音：尚存分歧
對(duì)于優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)同樣顯著的鈣鈦礦未來的發(fā)展前景，業(yè)內(nèi)也出現(xiàn)了不同的聲音。
特億陽光總裁祁海珅在接受媒體采訪時(shí)曾表示，當(dāng)前階段的鈣鈦礦更多是給晶硅賦能，增加鈣鈦礦技術(shù)的HJT疊層電池應(yīng)該是技術(shù)融合的最佳突破路徑，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30%的可能性較大，這是單純的晶硅電池?zé)o法觸及的，需要鈣鈦礦技術(shù)的賦能加持方可實(shí)現(xiàn)。
而協(xié)鑫光電董事長(zhǎng)范斌博士在接受媒體采訪時(shí)則認(rèn)為，鈣鈦礦是下一代光伏材料的最佳選擇，其效率和穩(wěn)定性已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中得到很好的驗(yàn)證。未來在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，只要能夠給運(yùn)營(yíng)商帶來更高的回報(bào)率，替代晶硅就會(huì)水到渠成。
筆者認(rèn)為，在光伏行業(yè)“降本增效”的發(fā)展邏輯下，如果疊層電池能夠?qū)崿F(xiàn)超過40%的光電轉(zhuǎn)換效率，那么鈣鈦礦與晶硅之間必然是共存關(guān)系。當(dāng)然，這并不是否定單結(jié)鈣鈦礦，其顯著的成本優(yōu)勢(shì)，以及高柔性特征，具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。而轉(zhuǎn)換效率更高的雙結(jié)、三結(jié)疊層電池，則可能更多的被應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中。
結(jié)合光伏巨頭的技術(shù)布局來看，像隆基綠能、通威股份等企業(yè)，均在HJT和鈣鈦礦領(lǐng)域擁有深度布局，同時(shí)也均涉及了同樣適合做疊層電池的IBC。或許，在巨頭的眼中，疊層電池才是光伏行業(yè)的未來。
現(xiàn)狀：量產(chǎn)加速
正是基于廣闊的發(fā)展前景，目前已有越來越多的企業(yè)和資本涌入鈣鈦礦領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也愈發(fā)提速。根據(jù)中銀證券的統(tǒng)計(jì)，目前鈣鈦礦規(guī)劃產(chǎn)能已超過27GW，開工近1GW，預(yù)計(jì)2023-2024年的產(chǎn)能增速將達(dá)到80%和256%。
具體到企業(yè)上，協(xié)鑫光電100MW鈣鈦礦生產(chǎn)線已于2021年開始試產(chǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率提升至18%，并于今年6月份順利通過冰雹測(cè)試以及千瓦級(jí)戶外應(yīng)用測(cè)試；杭蕭鋼構(gòu)子公司合特光電計(jì)劃于2022年底投產(chǎn)首條異質(zhì)結(jié)/鈣鈦礦疊層電池中試線，目標(biāo)效率28%以上；纖納光電產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到100MW，并發(fā)布鈣鈦礦α組件，最高功率可達(dá)130W；極電光能于2021年啟動(dòng)150MW試制線建設(shè)，預(yù)計(jì)將于今年投產(chǎn)；通威股份布局的實(shí)驗(yàn)線，預(yù)計(jì)首片鈣鈦礦電池將于年內(nèi)下線。此外，萬度光能、仁爍光能、無限光能等多家企業(yè)亦已展開深度布局。
而在至關(guān)重要的設(shè)備領(lǐng)域，德滬涂膜、晟成光伏（京山輕機(jī)）、眾能光電、邁為股份、捷佳偉創(chuàng)等企業(yè)均有部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)交付。例如捷佳偉創(chuàng)的“立式反應(yīng)式等離子體鍍膜設(shè)備” （RPD）已通過廠內(nèi)驗(yàn)收，并交付客戶；晟成光伏的鈣鈦礦電池團(tuán)簇型多腔式蒸鍍?cè)O(shè)備已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并成功應(yīng)用于多個(gè)客戶端；邁為股份的激光設(shè)備已實(shí)現(xiàn)交付。
此外，在輔材領(lǐng)域，百佳年代于近期發(fā)布了業(yè)內(nèi)首款鈣鈦礦封裝膠膜，能夠有效保障鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，降低鈣鈦礦電池的老化衰減率，并已成功向協(xié)鑫光電實(shí)現(xiàn)交付。
評(píng)論