全鈣鈦礦疊層電池日前創(chuàng)造了“人類光伏發(fā)展新歷史”，新方法制備的組件穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.0%，在國際上首次超越單晶硅電池的最高效率26.7%。

隨著鈣鈦礦技術(shù)魅力的顯現(xiàn)，除協(xié)鑫光電等主業(yè)為鈣鈦礦產(chǎn)品的企業(yè)外，寧德時(shí)代、騰訊等其他行業(yè)龍頭也紛紛開始跨界布局。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年鈣鈦礦光伏領(lǐng)域至少吸引了85億元投資。“市場對(duì)鈣鈦礦技術(shù)的關(guān)注度越來越高，多方都愿意入股。前年協(xié)鑫光電(協(xié)鑫集團(tuán)控股子公司)尋找投資人時(shí)，還沒有這樣的關(guān)注度。”協(xié)鑫光電創(chuàng)始人、董事長范斌稱。

被推上風(fēng)口浪尖的鈣鈦礦技術(shù)究竟是什么?何時(shí)能量產(chǎn)并商用?又將對(duì)現(xiàn)有光伏電池市場格局帶來何種影響?

兼具效率、成本兩大優(yōu)勢，鈣鈦礦技術(shù)吸睛

鈣鈦礦型太陽能電池(perovskite solar cells)是指利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池。

這里的“鈣鈦礦”不是字面意義的鈣鈦礦(CaTiO3)，而是指一類與鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類似的“ABX3”化合物，即具有某種特定結(jié)構(gòu)的材料的總稱。

鈣鈦礦材料在光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用主要有單結(jié)和疊層兩個(gè)技術(shù)方向。目前，單結(jié)鈣鈦礦電池效率為25.7%，轉(zhuǎn)換效率低于傳統(tǒng)晶硅技術(shù);鈣鈦礦與晶硅相結(jié)合的疊層技術(shù)則具備28.0%的高轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)兼具低制造成本的優(yōu)點(diǎn)，有望成為未來光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向。

據(jù)悉，光伏電池轉(zhuǎn)換效率的高低取決于“帶隙”，即電子從材料中釋放出來后，成為電荷載流子在電路中流動(dòng)所需的能量。與晶體硅1.1eV(電子伏特)的單一帶隙相比，在制造鈣鈦礦時(shí),可以通過改變?cè)系某煞謥碚{(diào)節(jié)它的帶隙寬度, 不同帶隙材料對(duì)光譜進(jìn)行分段吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)效率的大幅提升。

有光伏行業(yè)分析師表示，晶硅電池理論極限效率在29.5%，如果電池效率按目前每年0.4%的速度提升，那么在6-7年內(nèi)就走到了提升的盡頭。因此，無論是IBC、異質(zhì)結(jié)、TPOCon還是PERC，未來都有可能疊加鈣鈦礦層，從而突破晶硅電池的效率極限，達(dá)到32%或33%的效率水平。

但從實(shí)際應(yīng)用來看，寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院李梓進(jìn)等發(fā)表的《鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池關(guān)鍵材料與技術(shù)研究進(jìn)展》指出，寄生損失和多個(gè)界面上的反射損失會(huì)對(duì)疊層電池的電流密度存在影響。天風(fēng)證券也表示，鈣鈦礦電池在應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)光損失的現(xiàn)象，實(shí)際效率可能會(huì)偏低。

成本方面，鈣鈦礦電池主要通過節(jié)省用料、縮短產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)約制造成本等方面進(jìn)行降本。

鈣鈦礦的主要成本為PbI2(碘化鉛)等非硅成本，相對(duì)來說原料不存在稀缺性。同時(shí)，鈣鈦礦器件厚度僅為500nm，原料用量也極少。

產(chǎn)業(yè)鏈方面，相比于晶硅需要硅料、硅片、電池、組件四個(gè)以上不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，范斌表示，鈣鈦礦產(chǎn)品的整個(gè)工藝流程在一個(gè)工廠里即可完成，單位產(chǎn)能投資可降低至晶硅產(chǎn)線的一半。

協(xié)鑫科技在此前的公司近況交流會(huì)上稱，協(xié)鑫光電100MW的鈣鈦礦產(chǎn)線形成后，鈣鈦礦組件單瓦成本大概1元多，公司現(xiàn)在也在準(zhǔn)備1GW的量產(chǎn)線，若量產(chǎn)后單位造價(jià)可能降到1元以內(nèi)，會(huì)有很強(qiáng)的成本競爭優(yōu)勢。

全球首條100MW產(chǎn)線計(jì)劃明年量產(chǎn)

目前，鈣鈦礦組件生產(chǎn)的企業(yè)主要以非上市公司為主，上市公司多處在觀望階段。

協(xié)鑫光電新建的1m×2m尺寸鈣鈦礦組件，為全球首條100MW量產(chǎn)線，已在昆山完成廠房和主要硬件建設(shè)，計(jì)劃2023年投入量產(chǎn)。

協(xié)鑫光電前身為廈門惟華光能有限公司，2016年接受協(xié)鑫集團(tuán)入股，成為協(xié)鑫集團(tuán)旗下控股子公司。2022年5月，協(xié)鑫光電宣布完成數(shù)億元人民幣B輪融資，騰訊參投，并由光源資本擔(dān)任財(cái)務(wù)顧問，此輪融資用于進(jìn)一步完善公司100MW鈣鈦礦生產(chǎn)線和工藝。

纖納光電則是連破鈣鈦礦組件紀(jì)錄。2021年5月，纖納光電鈣鈦礦小組件在穩(wěn)態(tài)功率輸出下的效率達(dá)20.2%，11月升至21.4%，一年時(shí)間內(nèi)連續(xù)兩次刷新鈣鈦礦組件世界紀(jì)錄。光電轉(zhuǎn)化效率方面，公司2021年12月在鈣鈦礦-晶硅四端子疊層組件上獲得了26.63%的光電轉(zhuǎn)換效率，取得了當(dāng)時(shí)全球四端子疊層組件轉(zhuǎn)換效率的最好成績。

此外，湖北萬度光能總投資60億元的可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目、泰州錦能總投資20億元的鈣鈦礦銅銦鎵硒疊層電池全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目也于2021年宣布落地。

上市公司層面，寧德時(shí)代(300750.SZ)董事長曾毓群此前在業(yè)績說明會(huì)上稱，公司鈣鈦礦光伏電池研究進(jìn)展順利，正在搭建中試線。事實(shí)上，寧德時(shí)代在2020 年曾跟投協(xié)鑫光電的A輪融資。

光伏組件龍頭隆基綠能(601012.SH)、天合光能(688599.SH)則分別處在密切跟蹤、擁有技術(shù)儲(chǔ)備階段;捷佳偉創(chuàng)(300724.SZ)2022年6月在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司RPD設(shè)備即將發(fā)貨到客戶端鈣鈦礦中試線上。

商業(yè)化前景是否樂觀?

早在2019年，華創(chuàng)證券曾預(yù)計(jì)鈣鈦礦光伏組件將于2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。但是，量產(chǎn)遲遲沒有達(dá)成。鈣鈦礦電池的商業(yè)化前景是否樂觀?

“鈣鈦礦技術(shù)2009年才第一次在實(shí)驗(yàn)室里出現(xiàn)，2012年才引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注，現(xiàn)在是2022年，100MW線已經(jīng)建起來了。光伏技術(shù)的歷史上，從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)線，從來沒有這么快過，(鈣鈦礦量產(chǎn)速度)已經(jīng)是前所未有的快了。”范斌對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示。

對(duì)于市場何時(shí)能完全接受鈣鈦礦產(chǎn)品，范斌表示，具體時(shí)間需要權(quán)威機(jī)構(gòu)或數(shù)據(jù)來呈現(xiàn)。但協(xié)鑫光電判斷，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后，快則一兩年，慢則兩到三年。

“短期來看，鈣鈦礦電池離商業(yè)化還早，對(duì)PERC和N型電池的市占率沒什么影響;長期來看，由于鈣鈦礦電池具備潛在效率高的優(yōu)勢，一旦實(shí)現(xiàn)真正商業(yè)化，競爭力會(huì)比較強(qiáng)。”有新能源基金經(jīng)理對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，至于鈣鈦礦電池未來具體的市場份額現(xiàn)在不好說，主要還是看技術(shù)和工藝。由于晶硅電池的高穩(wěn)定性，有些專家更看好鈣鈦礦+PERC的發(fā)展模式，目前來看也是一個(gè)重要方向。

范斌則認(rèn)為，如果鈣鈦礦成功，就會(huì)成為市場的主流，鈣鈦礦技術(shù)與晶硅技術(shù)不會(huì)長期共存。

而據(jù)一位新能源分析師稱，當(dāng)前鈣鈦礦材料對(duì)濕度和溫度極其敏感，狀態(tài)不穩(wěn)定，材料中所含的鉛(Pb)元素也有毒性。同時(shí)，制備工藝也有較大的提升空間。