全球短訊！光伏“終極者”：鈣鈦礦強勢崛起 產(chǎn)業(yè)鏈蓄勢待發(fā)

鈣鈦礦，這個有點拗口的名字在2022年的資本市場聲名鵲起。

(資料圖片)

8月18日，科技部等九部門印發(fā)《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(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《‘十四五’能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》里已經(jīng)有‘發(fā)展鈣鈦礦等先進光伏技術(shù)’這類的表述，對鈣鈦礦的共識去年底就有了?！扁}鈦礦電池企業(yè)協(xié)鑫光電董事長范斌告訴上海證券報記者。

不同于字面意思，作為光伏材料的鈣鈦礦，實際是指與鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類似的一大類化合物。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年時間，走完晶硅半個世紀發(fā)展之路。當2013年美國《科學(xué)》雜志將鈣鈦礦評為年度十大科學(xué)突破，在彼時仍由晶硅完全“統(tǒng)治”的光伏世界中，鈣鈦礦還在實驗室里力證自己在光電效應(yīng)上的巨大潛力。

而從“無名之輩”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，在這條以“降本增效”為導(dǎo)向的賽道上，越來越多“追光者”陸續(xù)入場。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，搶灘未來技術(shù)。

然而，技術(shù)日趨成熟、資本爭相競逐的攪動下，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)標準由誰制定、如何制定？產(chǎn)業(yè)鏈距離大規(guī)模爆發(fā)到底還有多遠？誰會是最先“跑出來”的那匹“賽馬”？一系列問題被擺在這個“光伏新星”的面前，而黎明前的“押注”亦考驗著市場的洞見與定力。

資本市場“春江水暖”

春江水暖鴨先知。相較于二級市場“聞風(fēng)而動”，一級市場則更早嗅到了未來技術(shù)的行進氣息。

“得鈣鈦礦者得‘漲聲’?！贝搜灾?022年的資本市場毫不夸張。截至8月18日的一個月間，Choice“鈣鈦礦電池”指數(shù)漲幅達24.30%，跑贏大盤。京山輕機、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平臺上被問及是否涉足鈣鈦礦業(yè)務(wù)。

不過，一位深耕鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)投機構(gòu)合伙人告訴記者，國內(nèi)目前主要的鈣鈦礦鏈上的優(yōu)勢企業(yè)大多還沒上市，比如纖納光電、協(xié)鑫光電、仁爍光能、極電光能、萬度光能、華能新能源等，各家中試線計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)道路上邁出切實步伐的，當屬纖納光電和協(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，率先實現(xiàn)了鈣鈦礦光伏應(yīng)用。

協(xié)鑫光電創(chuàng)始人、董事長范斌昨日告訴記者，公司100MW中試線(尺寸1mx2m)已經(jīng)在運行，計劃今年效率達到16%，2023年達到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現(xiàn)最大化。與此同時，天合光能正在研發(fā)晶硅上疊鈣鈦礦，而更多廠商研發(fā)的項目仍以單結(jié)(即單層鈣鈦礦面板)為主。

對于為何“獨辟蹊徑”，仁爍光能一位高管對記者解釋道：“我們認為鈣鈦礦疊鈣鈦礦將是鈣鈦礦面板的最終方案，因為它的轉(zhuǎn)化效率最高，并且疊層技術(shù)向下兼容單結(jié)，無須再單獨研發(fā)單結(jié)技術(shù)即可生產(chǎn)單結(jié)?！?/p>

而在技術(shù)分野背后，既是創(chuàng)業(yè)公司競速量產(chǎn)的路線抉擇，也包含了風(fēng)險投資人錨定“陪跑對象”的深層邏輯。協(xié)鑫光電2年來已完成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、寧德時代、凱輝等明星機構(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、招銀國際、杭開集團等。

此外，A股多家新能源龍頭也紛紛出手鈣鈦礦。如寧德時代董事長曾毓群在近期召開的業(yè)績說明會上表示：“公司鈣鈦礦電池研究進展非常順利，正在搭建中試線?！?/p>

應(yīng)用領(lǐng)域“開疆拓土”

如果說在轉(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，則是鈣鈦礦打開市場的傍身之技。

鈣鈦礦材料自涉足太陽能電池領(lǐng)域之初，便將目光牢牢鎖定晶硅轉(zhuǎn)化效率的“天花板”，開啟一場“效率革命”。

在過去相當長一段時間里，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。事實上，自2017年以來，晶硅的實驗室效率就一直在26.7%“原地踏步”，未再實現(xiàn)新的突破。

與之形成鮮明對比，鈣鈦礦則走出了“最陡峭的成長曲線”。2009年，日本科學(xué)家首次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電，當時其電能轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%。僅僅過去13年，今天鈣鈦礦電池的實驗室效率就已基本追平了晶硅60多年發(fā)展才達到的結(jié)果，達到了25.7%。而且，鈣鈦礦電池的單層理論效率達33%，雙層可達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，鈣鈦礦電池的開發(fā)速度之所以比晶硅快得多，是因為它不單指一種物質(zhì)，而是多種化合物的混合。這些化合物所吸收光的波長都集中在光電轉(zhuǎn)化效率最高的波長(1.4eV)附近。通過調(diào)整這些化合物的組合，電池效率可以不斷提升。相比之下，晶硅不僅吸收波長的光電轉(zhuǎn)化效率偏低，而且是單一物質(zhì)，無法調(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：“這就是用來做鈣鈦礦電池的原料。生產(chǎn)鈣鈦礦電池薄膜的過程類似于報紙打印，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)?！?/p>

這樣的工藝特性，也賦予了鈣鈦礦電池更為豐富的應(yīng)用場景。鈣鈦礦材料不僅可以簡單地印刷在玻璃表面，制備玻璃基底的太陽能電池，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：“鈣鈦礦還可以制成彩色和半透明薄膜，從而實現(xiàn)不同的彩色效果。這些都是晶硅材料完全無法涉足的新領(lǐng)域?！?/p>

同樣看好鈣鈦礦技術(shù)的未來，金剛玻璃總經(jīng)理嚴春來提出，要把玻璃的光能價值回用于玻璃的應(yīng)用場所，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“必爭之地”。傳統(tǒng)設(shè)備廠商亦紛紛發(fā)力。

增效的同時，降本是關(guān)鍵。談及這點，專注于投資鈣鈦礦的中財鼎晟合伙人很是興奮，他站起來在白板上奮筆疾書：“硅料廠——高，硅片廠——高，電池廠——高。晶硅光伏每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是高耗能！”接著，他將這些環(huán)節(jié)劃上斜線，并在下面畫了一個方框，一個箭頭進、一個箭頭出，“鈣鈦礦，就這一個流程！”

具體制備流程上，鈣鈦礦溶液先在實驗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)過自動化清洗后，進行第一道真空鍍膜、激光劃線；涂布鈣鈦礦之后結(jié)晶，再以激光刻出第二道槽，實現(xiàn)串聯(lián)；真空鍍上背電極(PVD)后，開始第三道激光劃線；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，鈣鈦礦“電池即組件”的模式極大簡化了其生產(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“必爭之地”。在該環(huán)節(jié)頗具領(lǐng)先優(yōu)勢的德滬涂膜日前宣布，公司開發(fā)的用于大面積鈣鈦礦太陽能面板制造核心涂膜設(shè)備系統(tǒng)驗收成功，可直接對標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。公司負責(zé)核心光源開發(fā)的張楠對記者說：“我們很看好光伏等清潔能源賽道，針對鈣鈦礦行業(yè)，團隊早期開發(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)因為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料不同，其對激光設(shè)備的要求也稍有不同，有至少4個環(huán)節(jié)用到激光技術(shù)?！?021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)備通過驗收并正式投入使用。

傳統(tǒng)設(shè)備廠商亦紛紛發(fā)力，不少設(shè)備工藝進入驗證階段，或已開展中試線，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、中來股份等光伏“業(yè)內(nèi)人”也開始大力開展設(shè)備自研、設(shè)備改造及技術(shù)驗證等。

產(chǎn)業(yè)化道阻且長

鈣鈦礦走向更廣闊的市場，仍要越過實驗室到生產(chǎn)線的“鴻溝”。

從產(chǎn)能投資看，1GW產(chǎn)能的晶硅太陽能電池需要接近10億元投資規(guī)模，而業(yè)內(nèi)預(yù)測，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，沒有瓶頸，用量也少；純度要求上，硅料純度需達到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“千好萬好”，鈣鈦礦走向更廣闊的市場，仍要越過實驗室到生產(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，“做鈣鈦礦就像炒菜，你加一樣的料，用一樣的鍋，但每個人炒出來的味道就是不一樣。”

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)展時間短，工藝還不像晶硅那樣成熟，鈣鈦礦的產(chǎn)線設(shè)計沒有現(xiàn)成模板，都需要創(chuàng)業(yè)公司“從0到1”，摸著石頭過河。

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？“這個過程肯定不是一蹴而就的。”對此，顏步一給出的解法是，“反復(fù)嘗試。我們通過不斷引入高性能的界面修飾材料，來提高商業(yè)化鈣鈦礦模組的效率與穩(wěn)定性?！?/p>

此外，行業(yè)標準空缺也是鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題之一?！熬Ч璧膬?nèi)部體系和鈣鈦礦的顯然不一樣，所以不能簡單套用晶硅的標準來測試鈣鈦礦。如果標準沒定下來，怎么知道如何可以應(yīng)用呢？”仁爍光能高管表示。范斌認為業(yè)界對此確實存在爭議，目前普遍做法是沿用晶硅的IEC 61215標準。

對于設(shè)備廠商來說，張楠直言：“2021年被認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)換效率及壽命問題。需要看到更多的量產(chǎn)來驗證。”

（文章來源：上海證券報）