文|市值觀察 泰羅
編輯|小市妹
6月1日發(fā)布的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》強調(diào)，在新型光伏電池領(lǐng)域加大技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)力度，推動行業(yè)進一步降本增效。要加強前瞻性研究，開展高效晶硅電池和鈣鈦礦電池等應(yīng)用示范。
鈣鈦礦電池成為全行業(yè)的焦點。
作為新能源的主力軍，當前光伏的商業(yè)化集中在晶硅電池，而硅的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)是有極限的。越是從中榨取電能力，就越能感受到晶硅電池提升空間的逼仄。
除非超越硅。
光伏產(chǎn)業(yè)變革的十字路口，用10年時間走完晶硅電池50年發(fā)展之路的鈣鈦礦橫空出世，其能力轉(zhuǎn)化率已經(jīng)突破晶硅電池極限。
光伏即將迎來再一次顛覆。
“PERC之后可能是異質(zhì)結(jié)(HJT)或者TOPCon，而HJT和TOPCon之后的未來，一定是鈣鈦礦。”
隨著鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率不斷突破極值，業(yè)內(nèi)普遍將其看做引領(lǐng)光伏產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的“最佳人選”。
2009年，日本科學家Tsutomu Miyasaka首次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電，當時的電能轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%，僅僅在十年之后的2019年，鈣鈦礦電池性能便飆升至25%。用10年時間就走完了晶硅電池50年的發(fā)展之路。
2021年11月，柏林亥姆霍茲中心 (HZB)研發(fā)的鈣鈦礦串聯(lián)電池轉(zhuǎn)換效率高達29.8%，創(chuàng)造了至今為止鈣鈦礦電池最高紀錄。
值得注意的是，這一記錄超過目前效率最高的異質(zhì)結(jié)、TOPCon等晶硅技術(shù)的效率極限，將同為薄膜電池的其它技術(shù)路線甩開幾條街。
日前，經(jīng)國際權(quán)威機構(gòu) JET 第三方認證，南京大學譚海仁及其科研團隊研制的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達28.0%。
晶硅組件不同技術(shù)的理論極限分別為：
晶體硅太陽能電池理論極限效率為29.43%;
普通單晶硅電池理想條件下最高效率為24.5%;
HJT電池理想條件下最高效率為27.5%;
TOPCon電池具有更加高的效率上限：28.2%~28.7%。
可以說，在能量轉(zhuǎn)換效率上，鈣鈦礦已經(jīng)吊打晶硅電池，將光伏這一新能源上升至全新高度。
從理論極限來看，鈣鈦電池單層電池理論效率極值可達31%，晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層轉(zhuǎn)換效率可達35%，而三節(jié)層電池理論極限可能升值至45%以上。
而如果摻雜新型材料，鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率最高能達到驚人的50%，是目前晶硅電池的2倍左右。
盡管這些數(shù)據(jù)目前還僅限于實驗室或者理論研究層面，但鈣鈦礦顯然已經(jīng)擁有了強勁的競爭力，它的出世為光伏產(chǎn)業(yè)打開了全新的想象空間。
昆山協(xié)鑫光電CEO范斌甚至認為：“鈣鈦礦的度電成本有望比火電還低，跟火電拉開一毛錢到一毛五的成本差異，從而實現(xiàn)光伏對火電的大規(guī)模替代?！?/p>
從2020年幾大電力公司的度電成本來看，如果鈣鈦礦度電成本降低至僅有晶硅電池發(fā)電的一半，那么將明顯優(yōu)于火力發(fā)電，成為極具競爭力的新能源。
鈣鈦礦電池還有一大優(yōu)勢，作為一種高柔性的薄膜電池，可以使用在晶硅電池無法觸達的使用場景;而且結(jié)構(gòu)輕便，易于安裝，更適合當前大力推廣的光伏建筑一體化。
作為第三代光伏技術(shù)，資本早已瞄上了這一技術(shù)藍海。
此前不斷刷新的世界紀錄都出自實驗室，問題是這些電池的尺寸很小，普遍只有1cm2-1.12cm2，壽命也非常短，不具備產(chǎn)業(yè)化條件。
?而企業(yè)在量產(chǎn)時，一方面要不斷提升轉(zhuǎn)化率，另一方面要解決尺寸和壽命的問題，鈣鈦礦的商業(yè)化才能更進一步。
目前，許多玩家已經(jīng)下海進行產(chǎn)業(yè)化實踐，目前國內(nèi)最早實現(xiàn)量產(chǎn)的是昆山協(xié)鑫。2021年，昆山協(xié)鑫100MW鈣鈦礦生產(chǎn)線開始試生產(chǎn)，并且將組件面積擴大至1m×2m，光電轉(zhuǎn)化效率提高至18%以上。協(xié)鑫光電目前可大規(guī)模量產(chǎn)的是45 cm × 65 cm的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換效率為15%。
除了協(xié)鑫光電，由三峽資本投資的纖納光電，先后7次打破了鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率記錄。當前，其位于衢州的100MW量產(chǎn)線也已經(jīng)破土動工。并且于今年2月，開建全球首個鈣鈦礦地面光伏電站。其和三峽科學院聯(lián)合研發(fā)的疊層電池組件轉(zhuǎn)化效率達到了26.63%。
長城汽車創(chuàng)始人魏建軍控股的極電光能，在63.98cm2的鈣鈦礦光伏組件上，實現(xiàn)了20.5%的光電轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)造了全球大面積鈣鈦礦電池效率的最高紀錄。
極電光能更看重鈣鈦礦在光伏建筑一體化(BIPV)上的應(yīng)用。極電光能總裁于振瑞此前就表示，“BIPV是現(xiàn)階段鈣鈦礦電池最好的產(chǎn)業(yè)化路徑之一，我們會首先切入BIPV領(lǐng)域，開發(fā)鈣鈦礦幕墻產(chǎn)品?！?/p>
由于幕墻產(chǎn)品的特殊性，鈣鈦礦發(fā)揮自己的獨特優(yōu)勢，可以避開與晶硅電池直接“拼刺刀”。幕墻產(chǎn)品追求外觀設(shè)計，且需要透明度，這恰好是鈣鈦礦的優(yōu)勢，卻是晶硅技術(shù)的短板。鈣鈦礦電池能夠做到美觀且半透明，因此BIPV極有可能成為鈣鈦礦商業(yè)化的前哨站。
據(jù)悉，極電光能正在建設(shè)150MV鈣鈦礦試制線，預計在今年可進行投產(chǎn)，效率將不低于18%，且該項目產(chǎn)品尺寸達到了1.2×0.6平米。
相比注重轉(zhuǎn)化效率的纖納光電和極電光能，萬度光能更注重成本。自創(chuàng)立起，萬度就主攻超低成本光伏器件——“印刷鈣鈦礦光伏”技術(shù)的開發(fā)，基于印刷技術(shù)和廉價原材料，研發(fā)出3600c㎡的鈣鈦礦組件，成本方面也更勝一籌。
在湖北鄂州、宜昌政府的支持下，萬度光能的“野心”更大。2021年6月，其總投資高達60億元的鈣鈦礦太陽能電池項目正式落地，這是迄今為止，最大的鈣鈦礦電池投資項目。
近日，鈣鈦礦太陽能電池新銳企業(yè)無限光能宣布完成數(shù)千萬元天使輪融資，由碧桂園創(chuàng)投、耀途資本、光躍投資共同參投。
海外巨頭中，韓國韓華集團最為積極，這家全球TOP10企業(yè)與柏林亥姆霍茲中心 (HZB)合作研發(fā)的鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池，創(chuàng)造了轉(zhuǎn)化率高達29.8%的世界紀錄。韓華集團已計劃對此技術(shù)進行投資擴產(chǎn)，該技術(shù)也被列為韓國國家項目。
此外，傳統(tǒng)晶硅電池玩家隆基股份、通威股份、東方日升等公司均對鈣鈦礦太陽能電池表現(xiàn)出濃厚興趣，或已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域有所布局。
可以看出，鈣鈦礦的商業(yè)化仍處于起步階段，但不少產(chǎn)業(yè)資本已經(jīng)跑步入局。統(tǒng)計來看，今年預計有2GW的鈣鈦礦電池產(chǎn)能實現(xiàn)量產(chǎn)。
光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化主要看三大要素——成本、效率、壽命。鈣鈦礦在成本和效率方面遠勝于晶硅電池，但其壽命短、穩(wěn)定性差、天然不穩(wěn)定，導致效率衰減過快，這是鈣鈦礦技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地的最大掣肘。
要知道，目前的光伏電池普遍壽命在25-30年。因此，在提升產(chǎn)品尺寸和能量效率的同時，如何讓用戶相信鈣鈦礦電池擁有25年的壽命，將是押注鈣鈦礦技術(shù)的企業(yè)亟需解決的問題。
提升電池壽命，背后涉及到材料體系、電池結(jié)構(gòu)、封裝等等環(huán)節(jié)。當前，全球光伏界正在對鈣鈦礦的效率衰減和穩(wěn)定性進行科技攻關(guān)，新的解決方案不斷涌現(xiàn)，也許很快就會有最佳的解決辦法。