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晶硅太陽(yáng)能電池的潛力。與傳統的晶硅太陽(yáng)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(diǎn)。
近期，上海證券報記者通過(guò)多方采訪(fǎng)了解到，下一代光伏技術(shù)鈣鈦礦備受光伏界關(guān)注與看好。除了一些專(zhuān)注于研究這項技術(shù)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(kāi)發(fā)鈣鈦礦-晶硅疊層電池。據悉，部分頭部晶硅企業(yè)計劃在未來(lái)三年內推出疊層電池產(chǎn)品。
記者注意到，雖然產(chǎn)業(yè)前景巨大，但鈣鈦礦光伏產(chǎn)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(chǎn)品形態(tài)也未有定數。
目前，一些專(zhuān)注于鈣鈦礦技術(shù)研究的創(chuàng )業(yè)公司在這個(gè)領(lǐng)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(shù)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(zhuān)門(mén)的團隊，致力于開(kāi)發(fā)鈣鈦礦-晶硅疊層電池，以期在光伏市場(chǎng)中保持競爭力。
鹿山新材董事長(cháng)汪加勝對記者表示，該產(chǎn)業(yè)還處在“從0到0.5”的階段，若要實(shí)現“從0到1”的突破，尚需攻克電池壽命與穩定性、大面積組件制造等多項關(guān)鍵挑戰。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(zhì)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(shù)的投入將有增無(wú)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(kāi)發(fā)。部分晶硅企業(yè)公開(kāi)了鈣鈦礦-晶硅疊層電池開(kāi)發(fā)時(shí)間表。例如，晶科能源計劃2026年開(kāi)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(kāi)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(xiàn)。
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(méi)有晶硅產(chǎn)線(xiàn)“包袱”、純做鈣鈦礦的初創(chuàng )企業(yè)，也在積極研發(fā)，競逐產(chǎn)業(yè)領(lǐng)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(yáng)能電池組件，在NREL進(jìn)行的最高效率點(diǎn)追蹤輸出(MPPT)的嚴格測試中實(shí)現了零衰減，其穩態(tài)效率認證達到19.2%，是NREL所有紀錄中首個(gè)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(yáng)能電池組件。
鈣鈦礦既是“民營(yíng)晶硅的比武場(chǎng)”，也是“能源央企的必爭地”——某從事鈣鈦礦研發(fā)的能源類(lèi)央企相關(guān)負責人曾在近期的公開(kāi)場(chǎng)合給出這樣的評價(jià)。央企對鈣鈦礦技術(shù)的關(guān)注度由此可見(jiàn)一斑。據記者了解，部分央企計劃在今年擴大鈣鈦礦示范電站建設規模。
汪加勝對記者表示，發(fā)展鈣鈦礦已經(jīng)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(chǎn)業(yè)化。光伏企業(yè)希望在現階段的光伏行情下，找到新的突破口。也許疊層電池在幾年后就會(huì )掀起一場(chǎng)光伏電池技術(shù)的巨大革命。
汪加勝介紹，作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈上的材料企業(yè)，鹿山新材積極跟進(jìn)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)趨勢，目前針對鈣鈦礦光伏開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品包括專(zhuān)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(shí)現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(cháng)鈣鈦礦組件的使用壽命。目前這款膠膜已達到量產(chǎn)水平，在國內多家鈣鈦礦頭部企業(yè)進(jìn)入測試導入階段。此外，鹿山新材開(kāi)發(fā)的丁基膠產(chǎn)品已滿(mǎn)足主要客戶(hù)的性能要求，也在測試導入中。
設備企業(yè)推出整線(xiàn)解決方案，為新進(jìn)入者提供便利
在新技術(shù)“淘金熱”中，設備企業(yè)作為“賣(mài)鏟人”，往往可先行感知下游建設的動(dòng)向。記者了解到，不少設備企業(yè)積極開(kāi)發(fā)鈣鈦礦生產(chǎn)設備，有實(shí)力的設備商還推出了鈣鈦礦制造整線(xiàn)解決方案。投資過(guò)多家鈣鈦礦公司的東嵐集團董事長(cháng)沈承勇對記者表示，整線(xiàn)解決方案降低了鈣鈦礦生產(chǎn)新進(jìn)入者的門(mén)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(jìn)場(chǎng)嘗試。
捷佳偉創(chuàng )相關(guān)人士近日公開(kāi)介紹，公司已大舉投入鈣鈦礦設備開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。捷佳偉創(chuàng )為鈣鈦礦行業(yè)提供三類(lèi)整線(xiàn)解決方案，包括試驗線(xiàn)、百兆瓦鈣鈦礦薄膜電池量產(chǎn)線(xiàn)、百兆瓦鈣鈦礦疊層電池量產(chǎn)線(xiàn)。從實(shí)驗室到量產(chǎn)，從單結到疊層，捷佳偉創(chuàng )均“配套齊全”，希望為客戶(hù)鈣鈦礦制造能力的持續發(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(wú)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(chǎn)業(yè)關(guān)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(kāi)發(fā)鈣鈦礦蒸鍍設備。此前京東方已宣布進(jìn)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(shù)與鈣鈦礦制造技術(shù)較為類(lèi)似。
不過(guò)，沈承勇對記者介紹，鑒于目前制造鈣鈦礦電池的工藝路線(xiàn)尚未確定，設備企業(yè)尚未大規模增加產(chǎn)能。
在效率之外，電池壽命和穩定性亦是關(guān)鍵
從公開(kāi)信息來(lái)看，電池效率節節攀升是鈣鈦礦行業(yè)最常傳來(lái)的“喜報”，投資者往往通過(guò)效率指標觀(guān)察鈣鈦礦技術(shù)的進(jìn)展。
不過(guò)，一個(gè)與效率同等重要的指標——穩定性(或“可靠性”，指隨著(zhù)使用時(shí)間的增加，電池效率不發(fā)生衰減)也亟待提升。記者在采訪(fǎng)中發(fā)現，穩定性成為鈣鈦礦光伏的“短板”，是鈣鈦礦走向大規模應用的關(guān)鍵問(wèn)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(chǎn)業(yè)化路線(xiàn)圖”顯示，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)從萌生到成熟可劃分為六個(gè)階段。該負責人認為，目前鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)主流已走過(guò)第一個(gè)階段“理論研究階段”，進(jìn)入第二步“實(shí)驗室提效階段”。在“實(shí)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?wù)∽C著(zhù)這一點(diǎn)。不過(guò)該人士預計，再過(guò)一兩年，這一階段效率提升會(huì )進(jìn)入平臺期。
該負責人說(shuō)，接下來(lái)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(shí)測數據。在完成“可靠性提升階段”之后，行業(yè)才可以進(jìn)入最后三個(gè)階段“量產(chǎn)工藝論證階段”“量產(chǎn)放大階段”和“持續降本增效階段”，而量產(chǎn)放大對企業(yè)來(lái)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(gè)百分點(diǎn)，而長(cháng)期的效率衰減表現尚未得到充分了解。效率衰減將影響下游客戶(hù)對鈣鈦礦光伏的接受度。
去年，“光伏新勢力”纖納光電提出“穩效協(xié)同”概念，呼吁行業(yè)在關(guān)注組件提效的同時(shí)，也要注重提升穩定性。目前行業(yè)對穩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(shí)，會(huì )強調穩定性表現良好，如前述光因科技發(fā)表的最新成果。
此外，不少企業(yè)還將穩定性挑戰看作另一種機遇——穩定性標準的空缺，意味著(zhù)有機會(huì )成為標準制定者。目前，國內企業(yè)正在推進(jìn)鈣鈦礦組件穩定性相關(guān)標準的制定，有望讓中國這項產(chǎn)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定性問(wèn)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(zhù)大尺寸制造問(wèn)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(lái)看，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)現在還處于“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(shí)現“從0到1”的突破，還需要解決如上技術(shù)瓶頸，并形成GW級以上規?；a(chǎn)能。沈承勇預計，未來(lái)幾年市場(chǎng)會(huì )看到不少鈣鈦礦-晶硅疊層電池組件樣品，但產(chǎn)業(yè)距離大規模量產(chǎn)尚有一段時(shí)間。
在追逐鈣鈦礦技術(shù)的路上，我們也需要面對一些挑戰。
首先是鈣鈦礦電池的穩定性問(wèn)題。鈣鈦礦材料在長(cháng)時(shí)間使用過(guò)程中可能會(huì )發(fā)生退化，影響電池的效率和壽命。解決這個(gè)問(wèn)題需要持續的研究和創(chuàng )新，以確保鈣鈦礦電池在實(shí)際應用中能夠穩定可靠。
其次，鈣鈦礦技術(shù)的商業(yè)化也面臨著(zhù)挑戰。盡管已有很多研究取得了突破，但距離大規模商業(yè)化還存在一定的距離。需要進(jìn)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(wèn)題。政府 、企業(yè)和研究機構應該加強合作，共同推動(dòng)鈣鈦礦技術(shù)的成熟和推廣。
綜上所述，鈣鈦礦-晶硅疊層電池代表著(zhù)下一代光伏技術(shù)的希望。它們具有巨大的潛力，可以提高太陽(yáng)能發(fā)電的效率和可持續性，并為光伏行業(yè)帶來(lái)新的商機。然而，我們也需要認識到其中的挑戰，并通過(guò)持續的研究和合作來(lái)解決這些問(wèn)題。相信隨著(zhù)時(shí)間的推移，鈣鈦礦技術(shù)將在光伏行業(yè)中發(fā)揮重要作用，為清潔能源的未來(lái)做出貢獻。
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