鈣鈦礦是一種具有優(yōu)異光吸收特性和高效轉換率的新型光伏材料，被認為具備取代傳統(tǒng)晶硅太陽能電池的潛力。與傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池相比，鈣鈦礦具有更低的制造成本、更高的光電轉換效率以及更好的適應性。這使得鈣鈦礦被廣泛看好，并成為了光伏行業(yè)的研發(fā)熱點。
近期，上海證券報記者通過多方采訪了解到，下一代光伏技術鈣鈦礦備受光伏界關注與看好。除了一些專注于研究這項技術的初創(chuàng)企業(yè)外，頭部晶硅企業(yè)也紛紛組建團隊，致力于開發(fā)鈣鈦礦-晶硅疊層電池。據(jù)悉，部分頭部晶硅企業(yè)計劃在未來三年內推出疊層電池產品。
記者注意到，雖然產業(yè)前景巨大，但鈣鈦礦光伏產業(yè)目前尚未成熟。鈣鈦礦電池制造工藝百花齊放，鈣鈦礦光伏最優(yōu)的產品形態(tài)也未有定數(shù)。
目前，一些專注于鈣鈦礦技術研究的創(chuàng)業(yè)公司在這個領域取得了一定的突破。然而，頭部晶硅企業(yè)也意識到了鈣鈦礦技術的重要性，并加大了對其研發(fā)的投入。這些企業(yè)紛紛組建了專門的團隊，致力于開發(fā)鈣鈦礦-晶硅疊層電池，以期在光伏市場中保持競爭力。
鹿山新材董事長汪加勝對記者表示，該產業(yè)還處在“從0到0.5”的階段，若要實現(xiàn)“從0到1”的突破，尚需攻克電池壽命與穩(wěn)定性、大面積組件制造等多項關鍵挑戰(zhàn)。目前光伏界對“做鈣鈦礦”是明確的，但究竟“如何做”，還在摸索之中。
發(fā)展鈣鈦礦已成光伏行業(yè)共識
2024年年初，上海證券報曾報道，最近兩年晶硅企業(yè)快速完成了“從質疑鈣鈦礦到理解鈣鈦礦，再到加入鈣鈦礦”的轉變。預計2024年晶硅企業(yè)對鈣鈦礦技術的投入將有增無減。
記者近日從多家晶硅光伏企業(yè)了解到，晶硅光伏行業(yè)頗為重視鈣鈦礦-晶硅疊層電池的開發(fā)。部分晶硅企業(yè)公開了鈣鈦礦-晶硅疊層電池開發(fā)時間表。例如，晶科能源計劃2026年開發(fā)出效率34.0%以上的鈣鈦礦/TOPCon疊層電池;東方日升計劃2027年開發(fā)出功率850W以上、效率30%的鈣鈦礦疊層電池;通威股份預計在2024年建成鈣鈦礦-晶硅疊層電池中試線。
除了晶硅企業(yè)外，之前在鈣鈦礦研發(fā)中“唱主角”的“光伏新勢力”——即沒有晶硅產線“包袱”、純做鈣鈦礦的初創(chuàng)企業(yè)，也在積極研發(fā)，競逐產業(yè)領先位置。
4月22日，光因科技宣布登頂美國NREL最高鈣鈦礦組件穩(wěn)態(tài)效率世界紀錄榜。光因科技介紹，公司研發(fā)的大尺寸(光照面積1027.1平方厘米)鈣鈦礦太陽能電池組件，在NREL進行的最高效率點追蹤輸出(MPPT)的嚴格測試中實現(xiàn)了零衰減，其穩(wěn)態(tài)效率認證達到19.2%，是NREL所有紀錄中首個突破1000平方厘米級的鈣鈦礦單結大尺寸組件，成為目前世界紀錄中最大面積、最高認證效率的鈣鈦礦太陽能電池組件。
鈣鈦礦既是“民營晶硅的比武場”，也是“能源央企的必爭地”——某從事鈣鈦礦研發(fā)的能源類央企相關負責人曾在近期的公開場合給出這樣的評價。央企對鈣鈦礦技術的關注度由此可見一斑。據(jù)記者了解，部分央企計劃在今年擴大鈣鈦礦示范電站建設規(guī)模。
汪加勝對記者表示，發(fā)展鈣鈦礦已經成為光伏行業(yè)的共識。像隆基綠能、天合光能、晶科能源、協(xié)鑫光電、極電光能、纖納光電等下游企業(yè)都在紛紛布局鈣鈦礦組件及電池的產業(yè)化。光伏企業(yè)希望在現(xiàn)階段的光伏行情下，找到新的突破口。也許疊層電池在幾年后就會掀起一場光伏電池技術的巨大革命。
汪加勝介紹，作為光伏產業(yè)鏈上的材料企業(yè)，鹿山新材積極跟進鈣鈦礦產業(yè)趨勢，目前針對鈣鈦礦光伏開發(fā)的產品包括專用封裝膠膜以及丁基膠。鹿山新材推出的熱塑性聚烯烴封裝膠膜可以實現(xiàn)鈣鈦礦的低溫快速封裝，具有高透光、高粘接以及高水汽阻隔性能，從而延長鈣鈦礦組件的使用壽命。目前這款膠膜已達到量產水平，在國內多家鈣鈦礦頭部企業(yè)進入測試導入階段。此外，鹿山新材開發(fā)的丁基膠產品已滿足主要客戶的性能要求，也在測試導入中。
設備企業(yè)推出整線解決方案，為新進入者提供便利
在新技術“淘金熱”中，設備企業(yè)作為“賣鏟人”，往往可先行感知下游建設的動向。記者了解到，不少設備企業(yè)積極開發(fā)鈣鈦礦生產設備，有實力的設備商還推出了鈣鈦礦制造整線解決方案。投資過多家鈣鈦礦公司的東嵐集團董事長沈承勇對記者表示，整線解決方案降低了鈣鈦礦生產新進入者的門檻，與當下鈣鈦礦行業(yè)的發(fā)展階段相匹配。這也折射出鈣鈦礦行業(yè)正在吸引更多企業(yè)進場嘗試。
捷佳偉創(chuàng)相關人士近日公開介紹，公司已大舉投入鈣鈦礦設備開發(fā)領域。捷佳偉創(chuàng)為鈣鈦礦行業(yè)提供三類整線解決方案，包括試驗線、百兆瓦鈣鈦礦薄膜電池量產線、百兆瓦鈣鈦礦疊層電池量產線。從實驗室到量產，從單結到疊層，捷佳偉創(chuàng)均“配套齊全”，希望為客戶鈣鈦礦制造能力的持續(xù)發(fā)展提供支持。
先導智能聯(lián)合旗下孵化的設備企業(yè)微導納米(已上市)、無錫光導精密科技有限公司、江蘇氫導智能裝備有限公司，共同拼起“先導系”在鈣鈦礦產業(yè)關鍵設備上的全面覆蓋。
記者了解到，與京東方合作緊密的合肥欣奕華智能機器股份有限公司正在積極開發(fā)鈣鈦礦蒸鍍設備。此前京東方已宣布進入鈣鈦礦光伏行業(yè)。業(yè)內人士對記者表示，顯示面板制造技術與鈣鈦礦制造技術較為類似。
不過，沈承勇對記者介紹，鑒于目前制造鈣鈦礦電池的工藝路線尚未確定，設備企業(yè)尚未大規(guī)模增加產能。
在效率之外，電池壽命和穩(wěn)定性亦是關鍵
從公開信息來看，電池效率節(jié)節(jié)攀升是鈣鈦礦行業(yè)最常傳來的“喜報”，投資者往往通過效率指標觀察鈣鈦礦技術的進展。
不過，一個與效率同等重要的指標——穩(wěn)定性(或“可靠性”，指隨著使用時間的增加，電池效率不發(fā)生衰減)也亟待提升。記者在采訪中發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定性成為鈣鈦礦光伏的“短板”，是鈣鈦礦走向大規(guī)模應用的關鍵問題之一。
近期，一位大型晶硅企業(yè)鈣鈦礦研究負責人分享的一張“鈣鈦礦-晶硅疊層電池產業(yè)化路線圖”顯示，鈣鈦礦產業(yè)從萌生到成熟可劃分為六個階段。該負責人認為，目前鈣鈦礦產業(yè)主流已走過第一個階段“理論研究階段”，進入第二步“實驗室提效階段”。在“實驗室提效階段”，電池效率快速提升是明顯標志，不斷傳出的鈣鈦礦光伏效率提升新聞正印證著這一點。不過該人士預計，再過一兩年，這一階段效率提升會進入平臺期。
該負責人說，接下來的第三階段“可靠性提升階段”是一大難題。目前行業(yè)對于鈣鈦礦電池的可靠性研究相對滯后，并且缺少判定可靠性的標準和實測數(shù)據(jù)。在完成“可靠性提升階段”之后，行業(yè)才可以進入最后三個階段“量產工藝論證階段”“量產放大階段”和“持續(xù)降本增效階段”，而量產放大對企業(yè)來講是相對容易的。
記者了解到，目前的鈣鈦礦組件在使用一年后，光電轉化效率可能衰減1至3個百分點，而長期的效率衰減表現(xiàn)尚未得到充分了解。效率衰減將影響下游客戶對鈣鈦礦光伏的接受度。
去年，“光伏新勢力”纖納光電提出“穩(wěn)效協(xié)同”概念，呼吁行業(yè)在關注組件提效的同時，也要注重提升穩(wěn)定性。目前行業(yè)對穩(wěn)定性的重視日益提升，不少企業(yè)在發(fā)表新的效率認證結果時，會強調穩(wěn)定性表現(xiàn)良好，如前述光因科技發(fā)表的最新成果。
此外，不少企業(yè)還將穩(wěn)定性挑戰(zhàn)看作另一種機遇——穩(wěn)定性標準的空缺，意味著有機會成為標準制定者。目前，國內企業(yè)正在推進鈣鈦礦組件穩(wěn)定性相關標準的制定，有望讓中國這項產業(yè)標準成為世界標準。
汪加勝對記者分析，除了鈣鈦礦電池壽命與穩(wěn)定性問題這一目前最限制鈣鈦礦光伏發(fā)展的核心難題，鈣鈦礦光伏還面臨著大尺寸制造問題，目前大尺寸鈣鈦礦組件效率還遠達不到理論水平。此外，從鈣鈦礦組件封裝材料看，其也還有很多提升空間。
總體來看，鈣鈦礦產業(yè)現(xiàn)在還處于“從0到0.5”的發(fā)展階段。鈣鈦礦以及鈣鈦礦-晶硅疊層電池若要實現(xiàn)“從0到1”的突破，還需要解決如上技術瓶頸，并形成GW級以上規(guī)模化產能。沈承勇預計，未來幾年市場會看到不少鈣鈦礦-晶硅疊層電池組件樣品，但產業(yè)距離大規(guī)模量產尚有一段時間。
在追逐鈣鈦礦技術的路上，我們也需要面對一些挑戰(zhàn)。
首先是鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性問題。鈣鈦礦材料在長時間使用過程中可能會發(fā)生退化，影響電池的效率和壽命。解決這個問題需要持續(xù)的研究和創(chuàng)新，以確保鈣鈦礦電池在實際應用中能夠穩(wěn)定可靠。
其次，鈣鈦礦技術的商業(yè)化也面臨著挑戰(zhàn)。盡管已有很多研究取得了突破，但距離大規(guī)模商業(yè)化還存在一定的距離。需要進一步改善制造工藝，解決成本、可擴展性和環(huán)境影響等方面的問題。政府 、企業(yè)和研究機構應該加強合作，共同推動鈣鈦礦技術的成熟和推廣。
綜上所述，鈣鈦礦-晶硅疊層電池代表著下一代光伏技術的希望。它們具有巨大的潛力，可以提高太陽能發(fā)電的效率和可持續(xù)性，并為光伏行業(yè)帶來新的商機。然而，我們也需要認識到其中的挑戰(zhàn)，并通過持續(xù)的研究和合作來解決這些問題。相信隨著時間的推移，鈣鈦礦技術將在光伏行業(yè)中發(fā)揮重要作用，為清潔能源的未來做出貢獻。
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