編者按：鈣鈦礦近段時(shí)間又重新回歸人們的視野，其成本便宜，若鈣鈦礦電池達(dá)到20%的效率 ，那鈣鈦礦或成下一代光伏顛覆者。
種種跡象表明，鈣鈦礦似乎正以新的顛覆者的角色殺入產(chǎn)業(yè)，它能真正成為下一個(gè)攪動(dòng)產(chǎn)業(yè)風(fēng)云、催生商業(yè)浪潮的革命者嗎？
一百多年前，法國(guó)物理學(xué)家A.E.貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)（光伏），而后物理學(xué)規(guī)律下的太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化率最高可以達(dá)到33%，此后的漫長(zhǎng)時(shí)間里，全世界的科學(xué)家都試圖接近這一理論極限。
光伏產(chǎn)業(yè)是能源史上技術(shù)迭代突出的產(chǎn)業(yè)之一，電池材料、技術(shù)在效率和效益的倒逼下不斷掀起新的產(chǎn)業(yè)潮流。在當(dāng)前太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，晶體硅電池稱(chēng)王已是不爭(zhēng)的事實(shí)。1954年，第一塊現(xiàn)代太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后的光電轉(zhuǎn)換效率僅為6%。65年后，晶體硅電池的最高效率已經(jīng)超過(guò)26%，全球的光伏電站也被藍(lán)色的多晶硅組件和黑色的單晶硅組件瓜分殆盡。
但在物理法則下，晶體硅電池的效率提升之路正變得越來(lái)越窄。在通往其29%的極限效率終點(diǎn)過(guò)程中，每0.1個(gè)百分點(diǎn)的提升都意味著人類(lèi)在科研上對(duì)一座珠峰的征服。
即便晶體硅電池在當(dāng)下仍然占據(jù)著太陽(yáng)能電池的王位，但在時(shí)間隧道的隱秘之處，新的光伏顛覆者似乎已經(jīng)磨刀霍霍。尤為注意的是，相比而言它只用了10年時(shí)間便拿出了媲美晶體硅電池65年所取得效率的成績(jī)單。
這個(gè)新的顛覆者就是鈣鈦礦電池，是晶體硅電池、薄膜電池之后的第三代光伏電池之中的突圍者。
2009年，鈣鈦礦電池第一次面世時(shí)的效率只有3.8%，但是10年后的今天，鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率便躍升至25.2%，疊加鈣鈦礦電池在晶體硅之上的效率更是高達(dá)28%。
來(lái)自科研界的結(jié)論顯示，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的效率上限更高，設(shè)計(jì)出的電池效率理論上可以達(dá)到33%的效率極限，而由鈣鈦礦電池和晶體硅組成的的疊層電池理論轉(zhuǎn)換率極限更是高達(dá)43%。
“現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)室中鈣鈦礦電池已經(jīng)和晶硅最高效率相當(dāng)，大面積的鈣鈦礦電池組件的效率基本上可以做到每年提升一個(gè)半百分點(diǎn)，同時(shí)解決一些穩(wěn)定性的問(wèn)題，這樣經(jīng)過(guò)3~4年的時(shí)間，鈣鈦礦電池可以達(dá)到目前晶體硅產(chǎn)線的效率水平。而且，鈣鈦礦相比晶體硅經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，所以這個(gè)時(shí)間可能會(huì)更短。”作為鈣鈦礦太陽(yáng)能組件效率世界紀(jì)錄的保持者，杭州纖納光電科技有限公司（下簡(jiǎn)稱(chēng)“纖納光電”）CEO姚冀眾接受《能源》記者采訪時(shí)說(shuō)。
盡管鈣鈦礦電池目前在穩(wěn)定性、大面積制備等方面還存在問(wèn)題，但是其飛速提升的效率和發(fā)展前景已經(jīng)讓包括三峽集團(tuán)、金風(fēng)科技、協(xié)鑫集團(tuán)、通威以及國(guó)際上的牛津光伏等能源企業(yè)大筆的投入資金。
與此同時(shí)，針對(duì)鈣鈦礦電池中的種種問(wèn)題，中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)、瑞士等國(guó)的眾多頂級(jí)科研院校近年來(lái)頻頻取得突破。2018年至今在《自然》和《科學(xué)》上發(fā)表的關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池/LED的論文便高達(dá)16篇，其中有8篇來(lái)自中國(guó)或外籍華人之手。
資本的嗅覺(jué)是商業(yè)的風(fēng)向標(biāo)。種種跡象表明，鈣鈦礦似乎正以新的顛覆者的角色殺入產(chǎn)業(yè)，它能真正成為下一個(gè)攪動(dòng)產(chǎn)業(yè)風(fēng)云、催生商業(yè)浪潮的革命者嗎？
實(shí)驗(yàn)室新寵
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）是光伏世界各類(lèi)產(chǎn)品效率比拼最權(quán)威的競(jìng)技臺(tái)，2019年，這家在業(yè)內(nèi)聲名顯赫的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一份報(bào)告，這份報(bào)告中有一張1976年到現(xiàn)在的一系列光伏技術(shù)研究電池的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表，從這張表上可以看到太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展最前沿的科研成果。
太陽(yáng)能電池最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率
在NREL發(fā)布的太陽(yáng)能電池效率圖表中，晶體硅電池技術(shù)、薄膜技術(shù)和新興光電技術(shù)是最為人所關(guān)注的三類(lèi)效率曲線，目前光伏產(chǎn)業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)均出自這三類(lèi)電池技術(shù)，分別用藍(lán)色、綠色和黃色區(qū)分。
鈣鈦礦電池便是新興光電技術(shù)的黃色區(qū)域中的一員。
1839年，德國(guó)化學(xué)家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山探險(xiǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一種鈣鈦礦——天然礦物鈦酸鈣（CaTiO ），從此以后，學(xué)術(shù)界的研究人員便把所有具有ABX 結(jié)構(gòu)的晶體材料統(tǒng)稱(chēng)為鈣鈦礦。
2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka率先將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽(yáng)能電池作為吸光材料，獲得了3.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。自此之后，鈣鈦礦電池成為國(guó)內(nèi)外頂尖高校實(shí)驗(yàn)室研究的目標(biāo)。
“鈣鈦礦電池在穩(wěn)定性和有毒物質(zhì)鉛方面還存在一定的問(wèn)題，但是它確確實(shí)實(shí)引起了研究界的注意力。”9月4日，在第二屆中澳科學(xué)未來(lái)會(huì)議上，對(duì)于鈣鈦礦，素有“光伏之父”之稱(chēng)的悉尼新南威爾士大學(xué)（UNSW Sydney）馬丁·格林（Martin Green）教授接受《能源》雜志記者采訪時(shí)說(shuō)。
2013年12月20日，鈣鈦礦入選美國(guó)《科學(xué)》2013年十大科學(xué)突破。
“這種新一代太陽(yáng)能電池材料在過(guò)去一年中獲得大量關(guān)注，它比傳統(tǒng)的硅電池要更便宜且更易生產(chǎn)。鈣鈦礦電池還不及商用太陽(yáng)能電池那樣有效，但正以飛快的速度改進(jìn)。”《科學(xué)》如此描述。
在鈣鈦礦電池面世八年之后的2017年，Tsutomu Miyasaka又與韓國(guó)成均館大學(xué)Nam-Gyu Park、教授牛津大學(xué)物理學(xué)Henry J. Snaith教授因共同發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)有效的能源轉(zhuǎn)換，榮獲化學(xué)領(lǐng)域2017年度“引文桂冠獎(jiǎng)”（對(duì)遴選出的可能摘取諾貝爾獎(jiǎng)的全球最具影響力的研究人員所頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)，自2002年以來(lái)，每年發(fā)布的引文桂冠獎(jiǎng)已成功預(yù)測(cè)了39位諾貝爾獎(jiǎng)得主）。此時(shí)鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)突破了20%。
2019年8月2日，NREL發(fā)布了最新的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表。新興光電技術(shù)中，由韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所和麻省理工學(xué)院共同創(chuàng)造的鈣鈦礦電池的最高效率達(dá)到25.2%，成為新興光電技術(shù)中首個(gè)超越第二代薄膜電池（最高效率為銅銦鎵硒電池的23.4%），擠入晶體硅電池最高效率行列的三代光伏電池技術(shù)。
2019年6月，科技部發(fā)布《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”等重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)2019年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，其中在太陽(yáng)能行業(yè)便率先提到了開(kāi)展穩(wěn)定大面積鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)及成套技術(shù)研發(fā)。關(guān)鍵指標(biāo)方面要求大面積鈣鈦礦光伏電池效率≥19%（面積>20cm×20cm），室溫25℃，AM1.5光照1000小時(shí)后，效率衰減≤10%。
目前，鈣鈦礦電池25.2%的最高效率是在實(shí)驗(yàn)室取得的，電池面積小于1cm ，且屬于非穩(wěn)態(tài)。但伴隨著實(shí)驗(yàn)室成果的持續(xù)突破，鈣鈦礦電池正在走出象牙塔，向著更大面積、更加穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)化要求進(jìn)擊。
潮起前夜
八月的杭州天氣異常悶熱，在余杭區(qū)未來(lái)研創(chuàng)園的屋頂上有一個(gè)鈣鈦礦組件小屋，從地圖上看，未來(lái)研創(chuàng)園的主體辦公樓像是一個(gè)“U”型磁鐵，屋頂被大片藍(lán)色多晶硅組件覆蓋，除了不遠(yuǎn)處一個(gè)無(wú)人機(jī)起飛點(diǎn)，鈣鈦礦組件小屋顯得十分特別。
這個(gè)帶著產(chǎn)學(xué)研性質(zhì)的鈣鈦礦組件小屋的搭建者便是姚冀眾。姚冀眾本科畢業(yè)于浙江大學(xué)光電系和澳洲新南威爾士州大學(xué)光伏學(xué)院，博士畢業(yè)于倫敦帝國(guó)理工學(xué)院，從事光伏半導(dǎo)體新材料的研究，他在讀博期間師從著名有機(jī)光伏權(quán)威、英國(guó)皇家科學(xué)院院士Jenny Nelson教授。博士期間，研究有機(jī)和混合型薄膜太陽(yáng)能電池內(nèi)的新型表征技術(shù)，尋求減少能量損失的方法。
2015年7月，姚冀眾聯(lián)合顏步一這位志同道合的浙大校友在杭州未來(lái)科技城一起創(chuàng)辦了國(guó)內(nèi)第一家鈣鈦礦新材料的商業(yè)化科技公司——纖納光電。
在成立一年半時(shí)間之后，纖納光電將鈣鈦礦光伏小組件（超過(guò)16cm ）效率提升至15.24%，經(jīng)NREL認(rèn)證，刷新了此前該領(lǐng)域12.1%的世界紀(jì)錄。此后，纖納光電分別在2017年5月、2017年12月、2018年7月三次刷新了該記錄，目前的效率已經(jīng)達(dá)到17.9%，穩(wěn)態(tài)功率輸出效率達(dá)到17.3%。
而在更大面積的鈣鈦礦組件方面，NREL發(fā)布的效率圖顯示，纖納光電的首條20MW鈣鈦礦量產(chǎn)產(chǎn)線的鈣鈦礦量產(chǎn)模組（200cm-800cm）效率達(dá)到11.98%，打破了日本東芝公司保持的前世界紀(jì)錄。
相比纖納光電的低調(diào)，另一家國(guó)內(nèi)較為知名的鈣鈦礦公司——蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司（下簡(jiǎn)稱(chēng)“協(xié)鑫納米”）押注的籌碼則更大。協(xié)鑫納米所研發(fā)的鈣鈦礦組件不僅面積更大，在效率方面的結(jié)果也相對(duì)較高，甚至達(dá)到許多機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的水平。
2010年，從瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)畢業(yè)后的范斌創(chuàng)立了廈門(mén)惟華光能有限公司（下簡(jiǎn)稱(chēng)“廈門(mén)惟華”），從2013年開(kāi)始轉(zhuǎn)向鈣鈦礦光伏技術(shù)的開(kāi)發(fā)，那一年鈣鈦礦電池橫空出世，引發(fā)科學(xué)界的研究熱潮。
2015年，廈門(mén)惟華建成第一條鈣鈦礦組件試驗(yàn)生產(chǎn)線，并在一年后被協(xié)鑫集團(tuán)并購(gòu)，在蘇州成立了現(xiàn)在的協(xié)鑫納米。
截至目前，協(xié)鑫納米具備一條10MW的鈣鈦礦中試產(chǎn)線，并取得光伏組件認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國(guó)萊茵TüV認(rèn)證的1200cm 有效面積上13.5%的鈣鈦礦組件效率認(rèn)證。
“目前我們更高效率的組件正在認(rèn)證中，預(yù)計(jì)效率將達(dá)到17％以上。協(xié)鑫納米的鈣鈦礦組件效率驗(yàn)證結(jié)果高，但是很多人即便來(lái)實(shí)地看過(guò)后也不敢相信。但是我們既然有第三方的認(rèn)證結(jié)果，也不需要向別人解釋為什么。”范斌對(duì)記者說(shuō)。
與纖納光電略有不同，協(xié)鑫納米在蘇州工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)線是隱藏在工廠的房間里，透過(guò)房間大小不一窗口，只能大概看到房間里的設(shè)備。在行業(yè)其他參與者都在厲兵秣馬迎接下一波技術(shù)革命時(shí)，協(xié)鑫納米這些房間里藏著的秘密也就顯得更為神秘。
事實(shí)上，小面積鈣鈦礦和大面積的鈣鈦礦工藝完全不同，實(shí)驗(yàn)室通常用的是旋涂法，這一方法對(duì)于制作大面積鈣鈦礦組件并不適用。協(xié)鑫納米的大面積組件采用的是涂布工藝，目前在做的是45cm×65cm的鈣鈦礦組件，后期計(jì)劃擴(kuò)大到1m×2m的面積。
在協(xié)鑫納米產(chǎn)線工程師馬英壯看來(lái)，作為光伏產(chǎn)業(yè)的一部分，鈣鈦礦的產(chǎn)品必須要考慮以后的市場(chǎng)推廣，“我們一開(kāi)始便是做的大組件鈣鈦礦產(chǎn)品，配套的設(shè)備都是圍繞這些研發(fā)，一切的出發(fā)點(diǎn)都是產(chǎn)品能否真正投入應(yīng)用，而不是單純的追求效率。”
但協(xié)鑫納米還不滿(mǎn)足當(dāng)下的產(chǎn)能，協(xié)鑫納米現(xiàn)已開(kāi)始籌建100MW級(jí)別的鈣鈦礦光伏組件量產(chǎn)生產(chǎn)線，投資規(guī)模為2億元。100MW量產(chǎn)線的設(shè)備采購(gòu)將于2019年開(kāi)始，計(jì)劃于2020年底完成硬件建設(shè)和工藝開(kāi)發(fā)。
“最近在忙籌資，目前已經(jīng)有多家公司有意向投資100MW項(xiàng)目。”范斌向記者透露。
在國(guó)內(nèi)，除了纖納光電和協(xié)鑫納米的生產(chǎn)線之外，華中科技大學(xué)韓宏偉教授團(tuán)隊(duì)以印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)為核心，2016年成立的湖北萬(wàn)度光能目前可以生產(chǎn)出60cm×60cm的鈣鈦礦組件，但是尚未有公開(kāi)的效率認(rèn)證消息。
而作為傳統(tǒng)光伏企業(yè)的通威、漢能在鈣鈦礦電池方面也有布局，但是目前大多數(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。“目前公司沒(méi)有鈣鈦礦太陽(yáng)電池的量產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)線，暫未向市場(chǎng)銷(xiāo)售鈣鈦礦太陽(yáng)電池，仍然聚焦于實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦材料制備、合成表征和與晶硅電池的疊層方案探索。”一位通威內(nèi)部人士告訴記者。
大玩家入局
8月底，當(dāng)記者到訪纖納光電時(shí)，姚冀眾正忙著準(zhǔn)備接待另一波重要的客人。進(jìn)入公司后，除了公司的標(biāo)志性logo——象征太陽(yáng)的三足烏，“歡迎三峽集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)蒞臨指導(dǎo)”的藍(lán)色木牌醒目地立在接待臺(tái)旁。
2019年4月26日，長(zhǎng)江三峽集團(tuán)旗下三峽資本聯(lián)合中國(guó)三峽新能源與纖納光電宣布，三峽資本以戰(zhàn)略投資者身份注資纖納光電，投資金額5000萬(wàn)人民幣。四個(gè)月后的這一次到訪便屬于投資后的投后管理。
三峽新能源創(chuàng)投業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人邢相軍告訴記者：“早在2018年5月份，三峽新能源便對(duì)鈣鈦礦領(lǐng)域的優(yōu)秀標(biāo)的進(jìn)行調(diào)研，緊密跟蹤技術(shù)進(jìn)展，研究鈣鈦礦與三峽新能源戰(zhàn)略發(fā)展協(xié)同關(guān)系，公司后續(xù)將擇機(jī)加大對(duì)該領(lǐng)域優(yōu)秀標(biāo)的的戰(zhàn)略支持。”
三峽新能源對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)投資并非孤例。2001年3月26日，中國(guó)成立最早、自主研發(fā)能力最強(qiáng)的風(fēng)電設(shè)備研發(fā)及制造企業(yè)之一——新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下簡(jiǎn)稱(chēng)“金風(fēng)科技”）成立，中國(guó)水利投資集團(tuán)公司（三峽新能源前身）便是發(fā)起人之一。如今，金風(fēng)科技已成為全球最大的風(fēng)機(jī)制造商之一。
“對(duì)于新能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游的新技術(shù)，我們一直特別關(guān)注。從最早的風(fēng)機(jī)制造商金風(fēng)科技、葉片制造商中材科技，以及定轉(zhuǎn)子、反向平衡法蘭等風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件。鈣鈦礦作為第三代光伏技術(shù)中發(fā)展非常快的方向，我們一直在密切關(guān)注。”邢相軍補(bǔ)充道。
而作為三峽集團(tuán)戰(zhàn)略投資鈣鈦礦的重要參與者，三峽建信（北京）投資基金管理有限公司副總裁余操認(rèn)為，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的天花板顯然更高，而且效率提升非常快。不同技術(shù)類(lèi)型電池技術(shù)除了一些特殊應(yīng)用場(chǎng)景外，比如BIPV，最終比拼的是LCOE（平準(zhǔn)化度電成本），從目前各類(lèi)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，鈣鈦礦技術(shù)的LCOE將可能成為最低的。一些高效晶硅技術(shù)，如HIT，雖然功率高，但系統(tǒng)造價(jià)也高，因此在LCOE這個(gè)最關(guān)鍵的指標(biāo)上可能將逐漸被鈣鈦礦技術(shù)所超越。
而就在三峽集團(tuán)戰(zhàn)略投資鈣鈦礦的前一個(gè)月，金風(fēng)科技也宣布，以戰(zhàn)略投資者身份領(lǐng)投英國(guó)鈣鈦礦太陽(yáng)能發(fā)電公司牛津光伏有限公司（下簡(jiǎn)稱(chēng)“牛津光伏”）D輪融資（共計(jì)3500萬(wàn)英鎊），投資金額2100萬(wàn)英鎊。
“鈣鈦礦作為一個(gè)新的材料，從2017年開(kāi)始展現(xiàn)出超過(guò)15%以上的效率時(shí)，金風(fēng)科技就已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注它，2018年鈣鈦礦電池效率超過(guò)20%時(shí)開(kāi)始進(jìn)行正式研究。”接近金風(fēng)科技的知情人士王森（化名）對(duì)記者說(shuō)。
牛津光伏是從牛津大學(xué)分離出來(lái)的一家公司，主要研究以晶硅作為底電池的鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。“事實(shí)上，在關(guān)注到鈣鈦礦電池之后，金風(fēng)科技最先是在國(guó)內(nèi)調(diào)研了幾家鈣鈦礦的創(chuàng)業(yè)公司，主要是北京曜能科技有限公司和纖納光電。”王森告訴記者。
2017年3月，北京曜能科技有限公司（下簡(jiǎn)稱(chēng)“曜能”）在北京成立，團(tuán)隊(duì)包含北京大學(xué)材料科學(xué)與工程系特聘研究員周歡萍和北京理工大學(xué)教授陳棋，兩者均師從美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）楊陽(yáng)教授（在半導(dǎo)體材料與器件方面有超過(guò)20年的研究經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了該領(lǐng)域的多項(xiàng)世界紀(jì)錄，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是主要研究方向之一）。
2014年8月，楊陽(yáng)的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》期刊發(fā)文，其鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到19.3％，一度創(chuàng)下該領(lǐng)域之最，周歡萍和陳棋是核心團(tuán)隊(duì)的成員。
“當(dāng)時(shí)曜能的估值大概3億人民幣，但是公司還偏早期，技術(shù)沒(méi)有定型，也沒(méi)有產(chǎn)線和相應(yīng)的產(chǎn)品。而纖納光電的估值比曜能要高一倍，達(dá)到6億人民幣，但是金風(fēng)科技認(rèn)為其技術(shù)路線面臨很大的挑戰(zhàn)，也沒(méi)有選擇投資。”王森補(bǔ)充道。
在國(guó)內(nèi)兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)沒(méi)有收獲的金風(fēng)科技將目光轉(zhuǎn)向了國(guó)外，并選中了最早對(duì)鈣鈦礦電池進(jìn)行深入研究的牛津光伏。而此時(shí)適逢牛津光伏進(jìn)行最新一輪的融資，雙方一拍即合。
一位分析人士告訴記者：“全球光伏看中國(guó)，近年來(lái)中國(guó)光伏市場(chǎng)在全球光伏市場(chǎng)中的地位舉足輕重，所以在做資本引資溝通時(shí)，牛津光伏本身也希望有一個(gè)中國(guó)資本進(jìn)入。但是由于擔(dān)心如果是一家光伏企業(yè)資本的話(huà)，會(huì)對(duì)經(jīng)營(yíng)和研究指手畫(huà)腳，所以牛津光伏最后和金風(fēng)科技比較合拍。”
截至7月3日，牛津光伏完成D輪融資，包括此前的3500萬(wàn)英鎊，共獲得了6500萬(wàn)英鎊的投資。此后產(chǎn)生的投資主要來(lái)自瑞士設(shè)備供應(yīng)商梅耶博格（Meyer Burger）。根據(jù)雙方投資協(xié)議條款，梅耶博格收購(gòu)了牛津光伏18.8％的股權(quán)，并將在位于德國(guó)哈弗爾河畔勃蘭登堡的牛津光伏工廠安裝200MW異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線，用于鈣鈦礦疊層電池的生產(chǎn)。
同樣看中鈣鈦礦晶硅疊層電池的還有一家國(guó)內(nèi)光伏巨頭——通威集團(tuán)。2019年，通威成立鈣鈦礦團(tuán)隊(duì)，采用的便是高效硅基底電池和低成本和無(wú)毒穩(wěn)定鈣鈦礦材料疊加的技術(shù)路線。
2019年，在全球最為知名的太陽(yáng)能展會(huì)SNEC上，通威和西南石油大學(xué)共同推出了大面積156.75mmx156.75mm鈣鈦礦小組件（非常規(guī)版型），并宣稱(chēng)將在鈣鈦礦晶硅疊層太陽(yáng)電池穩(wěn)定性方面做改進(jìn)。
“在兩年前，我們注意到鈣鈦礦太陽(yáng)電池有從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的可能。目前，通威在鈣鈦礦和晶硅疊層太陽(yáng)電池研究項(xiàng)目中，正處于起步階段。未來(lái)5年，通威的規(guī)劃是聚焦于大尺寸疊層高效、穩(wěn)定鈣鈦礦電池的研究。”通威內(nèi)部人士回應(yīng)記者時(shí)稱(chēng)。
按照通威的規(guī)劃，在未q'o來(lái)3-5年內(nèi)，將進(jìn)行疊層鈣鈦礦電池的中試化量產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，并與主流設(shè)備企業(yè)合作開(kāi)發(fā)可大規(guī)?；寞B層鈣鈦礦電池的制備技術(shù)，并評(píng)估進(jìn)行疊層鈣鈦礦電池的可穩(wěn)定規(guī)?；圃煨院彤a(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定性等問(wèn)題，在5-10年內(nèi)進(jìn)行鈣鈦礦疊層電池的大規(guī)模量產(chǎn)，其低成本的鈣鈦礦材料也可達(dá)到與晶硅電池相聘美的穩(wěn)定性水平。
現(xiàn)實(shí)的三座大山
在實(shí)驗(yàn)室中，為了追求極致的效率和性能，新技術(shù)的研究往往是不計(jì)代價(jià)的。但是新技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)驗(yàn)室中許多忽略的代價(jià)都將成為聚光燈下為人所爭(zhēng)議的問(wèn)題。
鈣鈦礦電池也不例外，盡管其效率上限高、工藝簡(jiǎn)單、發(fā)展速度快的實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)足夠驚艷，但是走出實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦電池還需要面對(duì)更多的挑戰(zhàn)。不穩(wěn)定、有毒和面積小便是其不得不面對(duì)的三座大山。
由于離子組成的鈣鈦礦半導(dǎo)體天生結(jié)構(gòu)“柔弱”，工作條件下受光照、電場(chǎng)、溫度、水氧等作用的影響會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料發(fā)生結(jié)構(gòu)改變甚至分解；分解逃逸出來(lái)的離子還會(huì)進(jìn)入到電荷傳輸層或者電極層，進(jìn)一步破壞光電轉(zhuǎn)換功能，造成整體器件效率的顯著降低。
面對(duì)鈣鈦礦電池技術(shù)的洶涌發(fā)展，在晶體硅電池方面獲得巨大成功的馬丁·格林教授也指出其在穩(wěn)定性方面的弊病。
“在接受光照的前八個(gè)月，最優(yōu)質(zhì)的鈣鈦礦能夠保留它97%的性能，而標(biāo)準(zhǔn)硅電池在第一年的衰退率是低于2%～3%的，在隨后25～30年的時(shí)間中，標(biāo)準(zhǔn)硅電池每年的衰退率不超過(guò)0.5%。相比目前標(biāo)準(zhǔn)的，市場(chǎng)上商業(yè)化的光伏產(chǎn)品來(lái)講，鈣鈦礦穩(wěn)定性不足是比較大的問(wèn)題。”馬丁·格林一針見(jiàn)血地指出。
在晶體硅電池中，單晶電池在初期2-3個(gè)月的光照情況下，光致衰減達(dá)到峰值，一般為3%左右，稱(chēng)為初始光衰（LID）現(xiàn)象。第一年累計(jì)衰減2.5%左右，以后每年衰減不超過(guò)0.55%；多晶電池基本不存在LID現(xiàn)象，但是隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，多晶電池功率持續(xù)衰退直至較低水平，通常多晶電池第一年衰減2.5%，以后平均每年衰減0.73%左右。
但今年7月份，一篇發(fā)表在《自然》上利用離子液體提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的文章指出，其所研究的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在70-75℃的全光譜太陽(yáng)光照射下連續(xù)運(yùn)行超過(guò)1800小時(shí)（75天）后，最穩(wěn)定的封裝器件的性能僅下降了5%左右；此外，器件下降到其峰值性能的80%所需的時(shí)間約是5200小時(shí)（216天）。
馬英壯認(rèn)為，雖然大家非常關(guān)注鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性，但這并不代表它的壽命一定會(huì)低。鈣鈦礦電池分解的主要原因是水汽，如果能把水汽隔絕掉，能夠達(dá)到光伏組件實(shí)際使用要求。所以，目前鈣鈦礦電池壽命低是因?yàn)闆](méi)有很好的保護(hù)方法，所用的封裝工藝基本都是沿襲的晶體硅電池，后期針對(duì)封裝必然要進(jìn)行優(yōu)化。
在穩(wěn)定性之外，大多數(shù)鈣鈦礦電池中含有有毒物質(zhì)鉛，這也成為其另一個(gè)為人所詬病的缺點(diǎn)。
“現(xiàn)在大部分的鈣鈦礦材料中都含有重金屬鉛，這可能會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生不良影響。此外，鈣態(tài)礦還能夠溶于水，一旦析出到周?chē)h(huán)境中，無(wú)疑將會(huì)產(chǎn)生污染?，F(xiàn)在有很多研究人員在考慮能不能把鉛分離出來(lái)，但是目前還有一些困難。”馬丁·格林補(bǔ)充道。
上?？萍即髮W(xué)教授寧志軍則獨(dú)辟蹊徑，所走的路線是非鉛鈣鈦礦電池。寧志軍的非鉛鈣鈦礦電池指的是用錫替代鈣鈦礦具電池中的鉛，制作出來(lái)的鈣鈦礦電池比鉛鈣鈦礦更接近太陽(yáng)能電池材料的理想帶隙，具有更高的理論光電轉(zhuǎn)化效率。
目前，錫鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了9.41%的光電轉(zhuǎn)化效率，是目前穩(wěn)態(tài)輸出效率最高的非鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。但錫鈣鈦礦穩(wěn)定性同樣較差，極大限制了錫鈣鈦礦電池效率的提高。如何提高材料的穩(wěn)定性是目前錫鈣鈦礦太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)。
除了穩(wěn)定性和毒性這些材料本身的問(wèn)題，能否制備出大面積的鈣鈦礦電池也是非?，F(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)。即便是目前協(xié)鑫納米所做的目前全球最大的鈣鈦礦組件，其1200cm 的組件面積仍不足目前常規(guī)晶體硅電池組件（1.6m）的十分之一。
王森認(rèn)為，大家之所以選擇鈣鈦礦電池技術(shù)，根本的原因就在于它能夠產(chǎn)生一個(gè)更高的效率。但是單結(jié)的鈣鈦礦電池想在超過(guò)1m 的面積上實(shí)現(xiàn)超過(guò)20%效率的產(chǎn)品，難度非常大。而鈣鈦礦的晶體硅疊層電池只需要做到和晶體硅的M2（156.75mm）或者M(jìn)4（161.7mm）硅片一個(gè)尺寸，然后通過(guò)封裝實(shí)現(xiàn)大面積，這種方式相比直接沉積一個(gè)大面積的尺寸要容易的多。
毋庸置疑，處于產(chǎn)業(yè)化初期階段的鈣鈦礦電池顯得有些勢(shì)單力薄，一方面產(chǎn)業(yè)鏈上下游幾近空白，相應(yīng)的設(shè)備、原料都要自力更生；另一方面，許多的鈣鈦礦產(chǎn)品都是首次面世，缺乏相應(yīng)的效率測(cè)試和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
公開(kāi)信息報(bào)道顯示，協(xié)鑫納米1200cm的鈣鈦礦電池組件是目前已有的最大面積的鈣鈦礦產(chǎn)品，其效率測(cè)試和認(rèn)證由德國(guó)萊茵TüV完成。“鈣鈦礦電池效率的檢測(cè)在技術(shù)上并不復(fù)雜，但是如果形成標(biāo)準(zhǔn)化還需要得到行業(yè)的認(rèn)可。我們已經(jīng)做了一些鈣鈦礦電池的檢測(cè)，但是正式的檢測(cè)方法、標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有公開(kāi)，后續(xù)會(huì)向公眾公布。”德國(guó)萊茵TüV大中華區(qū)太陽(yáng)能服務(wù)副總裁鄒馳騁告訴記者。
對(duì)于鈣鈦礦電池的效率認(rèn)證，馬丁·格林認(rèn)為：“鈣鈦礦不是特別穩(wěn)定，所以它的效率檢測(cè)相比標(biāo)準(zhǔn)硅電池更加困難，現(xiàn)在用的不同的檢測(cè)方法和流程來(lái)對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)，基本上只能做小范圍的，因?yàn)樘?yáng)能模擬器比較小，只能覆蓋一個(gè)地方。如果做大規(guī)模的檢測(cè)，只能在室外，但是對(duì)于鈣鈦礦而言就非常困難，因?yàn)闄z測(cè)程序非常復(fù)雜。”
9月10日下午，在溫州舉行的智慧能源與綠色發(fā)展論壇上，寧志軍做了題為《鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》的演講，他說(shuō)，如果鈣鈦礦電池達(dá)到20%的效率，總的成本大概可以控制到1元/瓦。
“鈣鈦礦電池本身材料很便宜，只占到14%左右的成本，主要成本來(lái)自導(dǎo)電玻璃，如果導(dǎo)電玻璃大規(guī)模生產(chǎn)，鈣鈦礦電池成本將進(jìn)一步降低。在效率達(dá)到20%的前提下，鈣鈦礦電池的度電成本將小于0.2元/千瓦時(shí)。如果效率進(jìn)一步提高，那么使用鈣鈦礦電池后的度電成本可能會(huì)進(jìn)一步降低。”寧志軍說(shuō)。
但，誠(chéng)如寧志軍所言，一切都還只是設(shè)想。當(dāng)下火熱的鈣鈦礦電池想要真正成為光伏顛覆者，前半程的技術(shù)潛力已經(jīng)讓世人感到震撼，而后半程能否跨越不穩(wěn)定、有毒和小面積這三座大山，尚未有人能給出答案。
原標(biāo)題：鈣鈦礦或成下一代光伏顛覆者？
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