在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，研發(fā)制備更低成本、更高效率的光伏技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的關(guān)鍵，也將為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供重要科技支撐。
鈣鈦礦邁向產(chǎn)業(yè)化，能否催生清潔能源產(chǎn)業(yè)的新一輪技術(shù)革新？
首條鈣鈦礦100兆瓦產(chǎn)線量產(chǎn)
在衢州纖納新能源科技有限公司的無(wú)塵車間里，機(jī)械臂上下翻轉(zhuǎn)、穿插配合，每隔40秒就有一片鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件完工下線。
“用鈣鈦礦的溶液在玻璃上‘打印’一層薄膜，這層薄膜就能用于太陽(yáng)能發(fā)電。”纖納光電CEO姚冀眾說(shuō)，他們研發(fā)的溶液打印技術(shù)，讓鈣鈦礦的生產(chǎn)過(guò)程就像印刷報(bào)紙一樣高效。
5月20日，纖納光電宣布全球首條鈣鈦礦100兆瓦生產(chǎn)線正式量產(chǎn)。同日，該企業(yè)還發(fā)布了針對(duì)地面集中式光伏電站研發(fā)的鈣鈦礦組件。該款組件長(zhǎng)1245毫米，寬635毫米，厚度為6.4毫米，包括115瓦至130瓦的四個(gè)功率型號(hào)。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)百兆瓦級(jí)的規(guī)?；慨a(chǎn)，意味著以鈣鈦礦為代表的新一代光伏電池技術(shù)向產(chǎn)業(yè)落地邁出了重要一步。
鈣鈦礦光伏電池是一種新型人工合成光伏材料，相對(duì)晶硅太陽(yáng)能電池有高吸光率、高轉(zhuǎn)換效率、柔性、透光的優(yōu)勢(shì)，可以在陰雨天等低光照環(huán)境正常工作，能接受極端低溫和高溫，具備柔性且具有20%-80%的透光性。
鈣鈦礦材料在2009年首次被嘗試應(yīng)用于光伏發(fā)電領(lǐng)域，受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，2013年入選美國(guó)《科學(xué)》2013年十大科學(xué)突破，2017年獲得有諾貝爾獎(jiǎng)風(fēng)向標(biāo)之稱的化學(xué)領(lǐng)域“引文桂冠獎(jiǎng)”。
人們很快發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦的優(yōu)點(diǎn)，除了性能優(yōu)異、成本低廉外，這種材料的效率提升速度尤為驚人。2009年面世時(shí)，鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)化效率只有3.8%，僅僅十多年后，鈣鈦礦的實(shí)驗(yàn)室效率已提升至25.7%。
中泰證券研究所發(fā)布的研報(bào)顯示，鈣鈦礦的效率提高速度是目前所有太陽(yáng)能電池技術(shù)中發(fā)展最快的，僅用10年時(shí)間即取得了其它種類太陽(yáng)能電池幾十年才實(shí)現(xiàn)的成就。
“鈣鈦礦是一種新技術(shù)，本次的商業(yè)化產(chǎn)線落地量產(chǎn)，給我們帶來(lái)了信心，讓我們更堅(jiān)信這條技術(shù)路線走得通。”浙江省能源監(jiān)測(cè)中心主任王毅恒說(shuō)。
產(chǎn)業(yè)資本爭(zhēng)相布局
一些業(yè)內(nèi)人士在近兩三年間真切感受到，作為新一代光伏技術(shù)代表的鈣鈦礦“火”了。
硅料作為目前光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游的重要原材料，其價(jià)格飆漲成為過(guò)去一年光伏行業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境復(fù)雜多變的重要原因。據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2021年硅料價(jià)格累計(jì)上漲177％，最高漲幅達(dá)224％。在硅料價(jià)格飆漲的刺激下，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格整體上揚(yáng)。
光伏企業(yè)正面臨新一輪轉(zhuǎn)型，而技術(shù)革新則成為降低成本、提升盈利能力的重要因素。
近日，昆山協(xié)鑫光電材料有限公司宣布完成數(shù)億元人民幣B輪融資。此次融資由騰訊領(lǐng)投，所融資金將用于進(jìn)一步完善公司100兆瓦鈣鈦礦生產(chǎn)線和工藝。
5月5日，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群在寧德時(shí)代業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上稱，公司鈣鈦礦光伏電池研究進(jìn)展順利，正在搭建中試線。
2021年，纖納光電宣布完成C輪融資，共計(jì)3.88億元，由三峽資本領(lǐng)投；高瓴氣候變化投資團(tuán)隊(duì)在碳中和領(lǐng)域投資的鈣鈦礦光伏企業(yè)曜能科技完成數(shù)千萬(wàn)元A輪融資；長(zhǎng)城汽車掌門人魏建軍投資的極電光能也完成了2.2億元Pre-A輪融資。
業(yè)內(nèi)人士表示，在成本上，鈣鈦礦產(chǎn)品以基礎(chǔ)礦為原料合成產(chǎn)生，涉及部分玻璃、TCO（透明導(dǎo)電氧化物）、封裝膠膜等，整體原材料成本較低，且生產(chǎn)過(guò)程能耗低，整個(gè)工藝流程可在一個(gè)工廠里完成，單位產(chǎn)能投資可降低至晶硅產(chǎn)線的一半。
在王毅恒看來(lái)，鈣鈦礦材料的價(jià)值一方面在于可以大規(guī)模降低度電成本，使其自身在市場(chǎng)上有更高的競(jìng)爭(zhēng)力，而良好的透光性使之能與農(nóng)業(yè)更好結(jié)合，做到真正意義上的“農(nóng)光互補(bǔ)”。
協(xié)鑫光電材料有限公司董事長(zhǎng)范斌認(rèn)為，鈣鈦礦的度電成本有望比火電還低，跟火電拉開(kāi)一毛錢到一毛五分錢的成本差異，從而實(shí)現(xiàn)光伏對(duì)火電的大規(guī)模替代。
大規(guī)模商用仍面臨多重挑戰(zhàn)
光伏發(fā)電成本依賴于太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，因此，制備成本更低、理論效率上限更高的鈣鈦礦被寄予厚望。
“前幾代光伏材料，在技術(shù)上受制于國(guó)外的設(shè)備制造公司，產(chǎn)品出口時(shí)又受限于專利壁壘，我們很難掌握主動(dòng)權(quán)。鈣鈦礦作為全新的光伏材料，提供了技術(shù)革新彎道超車的可能性。”纖納光電常務(wù)副總經(jīng)理顏步一說(shuō)。
國(guó)家能源局、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合編制的《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出，要推動(dòng)高效鈣鈦礦電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)創(chuàng)新規(guī)劃技術(shù)路線圖，2022年，鈣鈦礦電池初步具備量產(chǎn)能力；2025年，單結(jié)鈣鈦礦電池量產(chǎn)效率達(dá)到20%；2030年，鈣鈦礦電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
在實(shí)驗(yàn)室中，為了追求極致的效率和性能，新技術(shù)的研究往往不計(jì)代價(jià)。但從實(shí)驗(yàn)室“寵兒”到行業(yè)“新秀”，鈣鈦礦技術(shù)走向大規(guī)模商用，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。
范斌表示，目前整個(gè)鈣鈦礦技術(shù)的發(fā)展正處于從無(wú)到有的階段，面對(duì)的是全新的設(shè)備、供應(yīng)鏈和工藝技術(shù)。這其中，最大的難度在于保證產(chǎn)品的良率。
浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院教授楊旸認(rèn)為，相較實(shí)驗(yàn)室小面積電池取得的效率，大面積鈣鈦礦電池仍有很大提升空間，工藝優(yōu)化是關(guān)鍵。此外，在復(fù)雜工況環(huán)境中不斷測(cè)試和研究鈣鈦礦組件的工作狀態(tài)，可以幫助研發(fā)人員更快地提升其穩(wěn)定性，不斷迭代出更高效更穩(wěn)定的產(chǎn)品。
“一項(xiàng)新技術(shù)邁出產(chǎn)業(yè)化的第一步，一定會(huì)面臨很多困難和質(zhì)疑，需要政府、企業(yè)、市場(chǎng)多方來(lái)共同推動(dòng)。”楊旸說(shuō)。
