新能源(yuan)變革的背后，實質是材料(liao)的躍(yue)遷。

動力電池新路線鈉離子電池，其實是從鋰到鈉元素的轉變;光伏硅片(pian)從(cong)P型到N型的(de)迭代，實質(zhi)是其(qi)中摻雜的(de)硼元(yuan)素(su)到磷元(yuan)素(su)的(de)遷移。

作(zuo)為新(xin)能源的主力軍，當前光伏的商(shang)業化(hua)集中在晶硅電(dian)池，而硅的能量轉(zhuan)化(hua)效(xiao)率(lv)(PCE)是有(you)極限的。越是從中“榨(zha)取”電(dian)能，就(jiu)越能感(gan)受到晶硅電(dian)池提升空間的逼(bi)仄。

除非超越硅。

光伏產業變革的(de)十字(zi)路口(kou)，用(yong)10年時(shi)間走完晶硅電池50年發展之路的(de)鈣鈦礦(kuang)橫空出世，其能(neng)力轉化率(lv)已經突(tu)破(po)晶硅電池極限(xian)。

光(guang)伏即將(jiang)迎來再一(yi)次顛(dian)覆。

“吊打”晶硅電池

“PERC之后可(ke)能是(shi)異(yi)質結(HJT)或者TOPCon，而(er)HJT和(he)TOPCon之后的未來，一(yi)定是(shi)鈣(gai)鈦礦。”

隨著鈣鈦礦電池(chi)轉換(huan)效率不(bu)斷突破極值，業(ye)內普遍將其看做引領(ling)光伏產業(ye)未來發展(zhan)的“最佳(jia)人選(xuan)”。

2009年(nian)，日本科學家Tsutomu Miyasaka首次(ci)用鈣鈦礦光伏電池(chi)發電，當時的(de)電能轉(zhuan)換效率(lv)僅有3.8%，僅僅在十年(nian)之后的(de)2019年(nian)，鈣鈦礦電池(chi)性能便飆(biao)升至(zhi)25%。

2021年11月，柏林亥姆霍茲中心(HZB)研發的(de)鈣鈦礦串聯電池(chi)轉換效率高達29.8%，創造了至今為止(zhi)鈣鈦礦電池(chi)最(zui)高紀錄(lu)。

值(zhi)得注意的(de)是，這一記(ji)錄超(chao)過(guo)目前效(xiao)率最高的(de)異質結、TOPCon等(deng)晶硅技術(shu)的(de)效(xiao)率極限，將同為薄膜電池的(de)其它技術(shu)路線甩(shuai)開幾條(tiao)街。

晶硅組件不同技術的理論極限分別為：

晶體硅太陽能(neng)電池理論極限效率：29.43%;

普通單(dan)晶硅電池理(li)想條(tiao)件下最高效率為24.5%;

HJT電池理想條件下最(zui)高(gao)效(xiao)率(lv)為27.5%;

TOPCon電池(chi)具有更加高的效率上限：28.2%-28.7%。

可以說，在能量(liang)轉換效率上，鈣鈦礦已(yi)經(jing)吊打晶硅電池(chi)，將光(guang)伏這一新能源(yuan)上升至全新高度。

從理論極限來看，鈣鈦電池單(dan)層(ceng)電池理論效率極值(zhi)可達31%，晶硅/鈣鈦礦雙節(jie)疊層(ceng)轉換效率可達35%，而三節(jie)層(ceng)電池理論極限可能升值(zhi)至45%以上。

而如果(guo)摻雜新型材料，鈣鈦礦電(dian)池的轉換效率最(zui)高能達到驚(jing)人的50%，是目前晶硅電(dian)池的2倍左(zuo)右(you)。

盡管(guan)這些數據目前還僅限于實(shi)驗室(shi)或(huo)者理論研究層面(mian)，但鈣(gai)鈦礦顯(xian)然(ran)已(yi)經(jing)擁(yong)有了強勁的(de)競爭力，它的(de)出世(shi)為光伏產業打開了全新的(de)想象空間。

成本低于火電?

“降本增(zeng)效”是(shi)(shi)光伏產(chan)業化的(de)核(he)心要義(yi)，也是(shi)(shi)光伏企(qi)業追逐的(de)終極命題(ti)。

自光伏(fu)技術(shu)誕生(sheng)起，這個行業就(jiu)圍繞著“效率與成本”不斷(duan)掀起新(xin)的技術(shu)變革(ge)。效率方(fang)面，晶體硅光伏(fu)電池的理論極限(xian)效率是(shi)29.43%，在(zai)目前研(yan)發的光伏(fu)新(xin)技術(shu)路線中，能突破30%閾值的包括鈣鈦礦和GaAs(砷化鎵)。其中，GaAs雙(shuang)結疊層電池達到了(le)32.8%的實驗室最高記錄，優于鈣鈦礦。

但產業化繞不開成本，由于GaAs技(ji)術工藝復雜，原材料價格(ge)十(shi)分(fen)昂(ang)貴，低成本大(da)規模量產難(nan)以滿足光伏商(shang)業化要求。

因此(ci)，成本更(geng)具優勢的鈣鈦礦/HJT疊層電池被認為是突(tu)破30%轉換效率的最具性價(jia)比的技術路線。

對(dui)比來看，鈣鈦(tai)礦對(dui)雜(za)質(zhi)不(bu)敏感，通常90%左(zuo)右純(chun)度的鈣鈦(tai)礦就可以用(yong)于(yu)制造(zao)效率(lv)超20%的電池;而晶硅對(dui)雜(za)質(zhi)非常敏感，純(chun)度必須達到99.9999%以上才能用(yong)于(yu)制造(zao)。

光伏企業投(tou)(tou)資1GW晶硅電(dian)池，需要從硅料、硅片(pian)、電(dian)池、組件合(he)計超過9億(yi)元;而(er)協鑫納(na)米披露的(de)數據(ju)顯示，其建造的(de)鈣(gai)鈦礦百(bai)兆瓦(wa)產線投(tou)(tou)資為(wei)1億(yi)元，1GW的(de)投(tou)(tou)資僅為(wei)5億(yi)元。也就是(shi)說(shuo)，1GW鈣(gai)鈦礦電(dian)池的(de)投(tou)(tou)資強度僅為(wei)晶硅的(de)一半。

而且，晶硅電池產業鏈(lian)需(xu)要硅料(liao)、硅片(pian)、電池、組(zu)件4個(ge)(ge)工廠，而鈣鈦(tai)礦(kuang)僅(jin)需(xu)1個(ge)(ge)工廠，產業鏈(lian)顯著(zhu)縮(suo)短，且大幅降低了物流等成本。

昆山協(xie)鑫光(guang)電(dian)(dian)(dian)CEO范(fan)斌甚至(zhi)認為(wei)：“鈣鈦礦的(de)度(du)電(dian)(dian)(dian)成(cheng)本有望(wang)比火電(dian)(dian)(dian)還低，跟火電(dian)(dian)(dian)拉開一毛錢到一毛五的(de)成(cheng)本差異，從而實現光(guang)伏(fu)對(dui)火電(dian)(dian)(dian)的(de)大規(gui)模替代。”

從2020年幾大電(dian)(dian)力(li)公司的度(du)電(dian)(dian)成(cheng)本來看，如果(guo)鈣鈦礦度(du)電(dian)(dian)成(cheng)本降低至(zhi)僅(jin)有晶硅電(dian)(dian)池(chi)發(fa)電(dian)(dian)的一(yi)半，那么(me)將明顯優于火力(li)發(fa)電(dian)(dian)，成(cheng)為極具競爭力(li)的新能源。

鈣(gai)鈦礦電池還有一(yi)大優勢，作(zuo)為(wei)一(yi)種高柔性的(de)薄膜電池，可以使用(yong)在晶硅電池無法觸達的(de)使用(yong)場景;而且結構輕便，易(yi)于(yu)安裝，更適合當前大力推(tui)廣的(de)光(guang)伏(fu)建(jian)筑一(yi)體化。

巨頭角逐

作為第三(san)代光伏(fu)技術，資本早已瞄上了(le)這一技術藍海。

此(ci)前不(bu)(bu)斷(duan)刷新的(de)世(shi)界紀錄都出自實驗室，問題是這些電池的(de)尺寸很小，普遍只(zhi)有1cm2-1.12cm2，壽命也非常短，不(bu)(bu)具備(bei)產業(ye)化條(tiao)件。

企業要(yao)想在鈣鈦礦的商業化上更近一步，一方面要(yao)不(bu)斷(duan)提升轉(zhuan)化率(lv)，另一方面要(yao)著手解決尺寸和壽命的問題。

許多(duo)玩家已經(jing)下海進行產(chan)(chan)業化(hua)實(shi)踐，目前(qian)國內(nei)最早實(shi)現量產(chan)(chan)的(de)是(shi)昆山(shan)協鑫。2021年，昆山(shan)協鑫100MW鈣鈦(tai)礦(kuang)生產(chan)(chan)線開(kai)始(shi)試(shi)生產(chan)(chan)，并且(qie)將組件面積擴(kuo)大至(zhi)1m×2m，光(guang)(guang)電轉(zhuan)化(hua)效率提高(gao)至(zhi)18%以(yi)上。協鑫光(guang)(guang)電目前(qian)可大規模量產(chan)(chan)的(de)是(shi)45cm×65cm的(de)產(chan)(chan)品，轉(zhuan)換效率為15%。

除(chu)了(le)(le)協鑫光(guang)電(dian)(dian)，由三峽資本(ben)投資的(de)纖(xian)納光(guang)電(dian)(dian)，先后(hou)7次打破了(le)(le)鈣鈦礦(kuang)(kuang)光(guang)電(dian)(dian)轉換效率記錄。當前(qian)，其位(wei)于衢州的(de)100MW量產線(xian)也已經(jing)破土動工。并且于今年2月，開建全球首個鈣鈦礦(kuang)(kuang)地面光(guang)伏電(dian)(dian)站(zhan)。其和三峽科(ke)學院聯合研發(fa)的(de)疊層電(dian)(dian)池組件轉化效率達(da)到了(le)(le)26.63%。

長城汽(qi)車創始人魏(wei)建軍控股的極電光能(neng)，在63.98cm2的鈣鈦(tai)礦光伏組件上，實現了20.5%的光電轉換效率(lv)，創造了全球(qiu)大面積鈣鈦(tai)礦電池效率(lv)的最高(gao)紀錄(lu)。

極電光(guang)能(neng)更(geng)看重(zhong)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)在光(guang)伏(fu)建筑一體化(hua)(BIPV)上(shang)的應用(yong)。極電光(guang)能(neng)總裁于振瑞(rui)此前就表示，“BIPV是現階(jie)段鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)電池最好的產業化(hua)路徑(jing)之一，我(wo)們會首先切入BIPV領(ling)域，開發(fa)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)幕墻產品。”

由于幕(mu)墻(qiang)產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)特(te)殊(shu)性(xing)，鈣(gai)鈦礦能(neng)(neng)夠發揮自己的(de)(de)(de)獨(du)特(te)優(you)勢(shi)，避開與晶硅電(dian)池直接“拼刺刀”。幕(mu)墻(qiang)產(chan)品(pin)追求(qiu)外觀設(she)計，且需要(yao)透明度，這恰好(hao)是鈣(gai)鈦礦的(de)(de)(de)優(you)勢(shi)，卻是晶硅技術的(de)(de)(de)短板。鈣(gai)鈦礦電(dian)池能(neng)(neng)夠做到美觀且半透明，因此(ci)BIPV極(ji)有可能(neng)(neng)成為鈣(gai)鈦礦商業化的(de)(de)(de)前哨站。

據悉，極電(dian)光能正(zheng)在建(jian)設(she)150MV鈣鈦礦(kuang)試(shi)制線，預計在今年可(ke)進行投產，效率(lv)將不低于18%，且(qie)該項目產品(pin)尺寸達到了1.2×0.6平方米。

相比注重(zhong)轉(zhuan)化(hua)效率的(de)纖納(na)光(guang)(guang)電(dian)和極電(dian)光(guang)(guang)能(neng)，萬度(du)光(guang)(guang)能(neng)更(geng)注重(zhong)成本。自創立(li)起，萬度(du)就主攻超低成本光(guang)(guang)伏器件——“印刷(shua)鈣(gai)鈦(tai)礦光(guang)(guang)伏”技術(shu)(shu)的(de)開(kai)發，基于印刷(shua)技術(shu)(shu)和廉(lian)價原材料，研發出3600c㎡的(de)鈣(gai)鈦(tai)礦組件，成本方面也(ye)更(geng)勝一籌。

在湖北鄂州(zhou)、宜昌政(zheng)府的(de)支持下，萬度光能的(de)“野心”更大(da)。2021年6月，其總(zong)投資高達60億元的(de)鈣鈦(tai)礦太陽能電池項目(mu)正(zheng)式落地，這是迄今為止，最(zui)大(da)的(de)鈣鈦(tai)礦電池投資項目(mu)。

該項目(mu)共分為(wei)兩期(qi)(qi)，一(yi)期(qi)(qi)產能為(wei)200MW，順利量產后(hou)，萬度光能計劃擴充至10GW。

海外巨頭中(zhong)，韓國(guo)韓華(hua)(hua)集團(tuan)最為(wei)積(ji)極，這家全球光伏TOP10企業與柏林亥(hai)姆霍茲中(zhong)心(HZB)合作研發的鈣鈦礦/硅串聯(lian)電池，創造了轉化率高達29.8%的世界紀錄(lu)。韓華(hua)(hua)集團(tuan)已計劃對此技術進(jin)行投資擴產(chan)，該技術也被列(lie)為(wei)韓國(guo)國(guo)家項目。

▲數(shu)據來源：索比(bi)光伏網，東方證券研究所

此(ci)外(wai)，傳統晶硅(gui)電池玩家隆(long)基股份、通威股份、東方日(ri)升(sheng)等公司均對鈣(gai)鈦礦太(tai)陽能電池表現出濃(nong)厚興趣，或已(yi)經在相關領域有所布局。

可以(yi)看出(chu)，鈣(gai)鈦礦(kuang)的商業化(hua)仍處(chu)于起步階段，但不少產(chan)業資本已經跑步入局(ju)。統計來(lai)看，今年預計有2GW的鈣(gai)鈦礦(kuang)電池產(chan)能(neng)實現(xian)量產(chan)。

光伏技術產業化主要(yao)看三大要(yao)素(su)——成本(ben)、效(xiao)率、壽命(ming)。鈣鈦礦(kuang)在成本(ben)和效(xiao)率方面遠(yuan)勝于晶硅(gui)電池，但其(qi)壽命(ming)短、穩(wen)定性差、天然不穩(wen)定，導致(zhi)效(xiao)率衰減(jian)過快，這是鈣鈦礦(kuang)技術產業化落地的最大掣肘。

要知(zhi)道(dao)，目前的(de)(de)光(guang)伏電池普遍(bian)壽(shou)命在25-30年(nian)。因此，在提升產(chan)品尺寸和能(neng)量效(xiao)率的(de)(de)同(tong)時(shi)，如(ru)何將鈣鈦(tai)礦(kuang)的(de)(de)壽(shou)命提升至25年(nian)，將是押注鈣鈦(tai)礦(kuang)技術的(de)(de)企業亟需解決(jue)的(de)(de)問題。

提升(sheng)電池壽命(ming)，背后涉及到材料體系、電池結構、封裝等等環節。當前，全(quan)球光伏界正(zheng)在對鈣(gai)鈦礦的效率(lv)衰(shuai)減(jian)和穩定(ding)性(xing)進行科技攻關，新(xin)的解(jie)決方案(an)不斷涌現，也許很快就會有最佳(jia)的解(jie)決辦法。

作為(wei)世界經濟(ji)論壇(WEF)認定的(de)“改變(bian)人類(lei)生活(huo)的(de)10大(da)新興技術”之一，鈣鈦礦電池的(de)前景已經愈發(fa)清晰(xi)，一幅宏偉(wei)的(de)產(chan)業藍圖(tu)正(zheng)徐徐展開。