鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，光伏投資的下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)？

3月17日，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）發(fā)布2022年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。南京大學(xué)譚海仁團(tuán)隊(duì)?wèi){借高效率的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池和組件方面的成果，入選此次十大進(jìn)展。

中科創(chuàng)星在2022年8月，投資了譚海仁教授的創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目——仁爍光能的Pre-A輪，對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相關(guān)技術(shù)，中科創(chuàng)星也一直堅(jiān)定地看好。

譚海仁是南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，入選中組部“海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃”、江蘇省“雙創(chuàng)人才”及“雙創(chuàng)團(tuán)隊(duì)”領(lǐng)軍人才，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題負(fù)責(zé)人。譚海仁從事新型光伏材料與器件的研究工作，在Nature、Science、Nature Energy、Nat. Comm.、Adv. Mater.等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文80余篇，引用9000 余次。

鈣鈦礦是一類(lèi)結(jié)構(gòu)式為AMX3的吸光材料，通常為有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型。A位可能是有機(jī)陽(yáng)離子甲胺基（CH3NH2+）、甲脒基[CH(NH2)2+]，或者無(wú)機(jī)的銫（Cs+），而M位的金屬一般為鉛（Pb2+）或錫（Sn2+），X位為鹵素離子碘（I-）、溴（Br-）等。M位的金屬陽(yáng)離子和X位的鹵素陰離子構(gòu)成了空間八面體結(jié)構(gòu)，而A位的基團(tuán)位于其中，撐起整個(gè)結(jié)構(gòu)。

作為第三代太陽(yáng)能電池的核心吸光材料，鈣鈦礦材料性能優(yōu)異、發(fā)展迅猛，成為新能源領(lǐng)域投資難以繞過(guò)的技術(shù)之一。

2022年全年，國(guó)內(nèi)至少有9起鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相關(guān)的投融資事件，相關(guān)企業(yè)估值合計(jì)已經(jīng)超100億。即便進(jìn)入2023年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的投資熱也一直不減。

作為一級(jí)市場(chǎng)炙手可熱的技術(shù)，再不投鈣鈦礦太陽(yáng)能電池真就晚了。

PART 01

鈣鈦礦電池，商業(yè)化臨界點(diǎn)已至？

從硅基太陽(yáng)能電池到化合物薄膜太陽(yáng)能電池，再到新型太陽(yáng)能電池，光伏技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第三代。作為第三代太陽(yáng)能電池的代表技術(shù)之一，鈣鈦礦電池備受矚目。在2009年，其光電轉(zhuǎn)換效率還只有3.8%，到2021年已提高到25.7%，在其它類(lèi)型的太陽(yáng)能電池中前所未有。

因此，鈣鈦礦也被視為太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的“規(guī)則改變者”。

具體來(lái)說(shuō)，鈣鈦礦電池較其它太陽(yáng)能電池，共有如下8點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

●綜合性能優(yōu)良，能同時(shí)高效完成入射光的吸收、光生載流子的激發(fā)、輸運(yùn)、分離等多個(gè)過(guò)程；

●消光系數(shù)高且?guī)秾挾群线m，能帶寬度較佳，具有極高的消光系數(shù)，是開(kāi)發(fā)高效低成本太陽(yáng)能電池的理想材料；

●優(yōu)良的雙極性載流子輸運(yùn)性質(zhì)。能高效傳輸電子和空穴，載流子壽命遠(yuǎn)長(zhǎng)于其它太陽(yáng)能電池；

●開(kāi)路電壓較高。在全日光照射下的能量損耗很低，轉(zhuǎn)換效率還有大幅提高的空間；

●結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、金屬電極五部分構(gòu)成，可做成p-i-n型平面結(jié)構(gòu)，有利于規(guī)模生產(chǎn)；

●低成本溫和條件制備。電池核心材料可通過(guò)溫和條件制備，如涂布法、氣相沉積法等。工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，能耗低，環(huán)境友好；

●可制備高效柔性器件?？梢圆捎镁韺?duì)卷大面積制備工藝將電池制在塑料、織物等柔性基底上，作為可穿戴、移動(dòng)式柔性電源；

●鈣鈦礦材料組成元素多樣，帶隙可調(diào)性高，可通過(guò)改變各組分比例實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦帶隙的調(diào)節(jié)，影響太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓、找到最優(yōu)帶隙實(shí)現(xiàn)其效率最大化。

注：

帶隙是導(dǎo)帶的最低點(diǎn)和價(jià)帶的最高點(diǎn)的能量之差，在鈣鈦礦電池中，它可以在一定程度上代表該體系對(duì)光子能量的利用程度，下圖為常見(jiàn)太陽(yáng)能電池的帶隙范圍。

在大力推進(jìn)風(fēng)光電發(fā)展、努力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的當(dāng)下，鈣鈦礦電池基于自身種種優(yōu)勢(shì)，將為光伏產(chǎn)業(yè)打開(kāi)存量和增量市場(chǎng)，未來(lái)市場(chǎng)容量相當(dāng)樂(lè)觀。

東嵐集團(tuán)發(fā)布的《中國(guó)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析》顯示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池市場(chǎng)空間在2023年還只有18.09億元人民幣，到2027年可達(dá)1045.2億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為175.7%。到2030年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)將持續(xù)增長(zhǎng)，市場(chǎng)空間將達(dá)到7115.4億元。

△圖片來(lái)源：《中國(guó)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析》

在政策方面，各國(guó)政府對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相當(dāng)友好，紛紛推出規(guī)劃、政策，為其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展鋪路設(shè)橋。

早在2020年9月，韓國(guó)貿(mào)易工業(yè)和能源部便發(fā)布了太陽(yáng)能組件行業(yè)的新路線圖，提出基于硅和鈣鈦礦的串聯(lián)太陽(yáng)能電池技術(shù)將成為下一代光伏產(chǎn)品最有希望的候選者。未來(lái)五年將投入1900億韓元(約合1.597億美元) 用于串聯(lián)光伏技術(shù)的研究，并最終在2030年，將太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提升至35%。

2021年5月和2022年7月，日本和美國(guó)也先后發(fā)布相關(guān)政策，開(kāi)發(fā)下一代太陽(yáng)能電池技術(shù)、將鈣鈦礦光伏技術(shù)推向商業(yè)化。

國(guó)內(nèi)方面，自2022年4月起發(fā)布大量文件，推動(dòng)以鈣鈦礦為代表的光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)制定等。

即便鈣鈦礦材料擁有種種優(yōu)勢(shì)，政策和產(chǎn)業(yè)也看好它的發(fā)展前景，但鈣鈦礦類(lèi)別眾多，并非每一條技術(shù)路線都有繼續(xù)研發(fā)的價(jià)值。

PART 02

技術(shù)路線很寬，投資卻要走“窄”

鈣鈦礦電池是一個(gè)復(fù)雜的光伏發(fā)電系統(tǒng)，按照不同的分類(lèi)依據(jù)，它可以分為各種類(lèi)別。

前文已經(jīng)提到，鈣鈦礦是一種AMX3結(jié)構(gòu)的材料，不同的離子或基團(tuán)組成會(huì)給鈣鈦礦材料帶來(lái)不同的帶隙寬度，我們可以據(jù)此將其分為寬帶隙鈣鈦礦和窄帶隙鈣鈦礦。

在結(jié)構(gòu)上，鈣鈦礦電池一般由透明電極（Glass/FTO或Glass/ITO）、空穴傳輸層（HTL）、鈣鈦礦吸光層、電子傳輸層（ETL）和金屬電極5個(gè)部分構(gòu)成。

▌電池結(jié)構(gòu)：n-i-p型還是p-i-n型？

根據(jù)傳輸層與鈣鈦礦層的搭配方式不同，我們可以把鈣鈦礦太陽(yáng)能電池分為正式結(jié)構(gòu)（n-i-p）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和反式結(jié)構(gòu)（p-i-n）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

△左：平面n-i-p結(jié)構(gòu)；右：平面p-i-n結(jié)構(gòu)

不過(guò)n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的遲滯效應(yīng)比較嚴(yán)重，而p-i-n結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備工藝簡(jiǎn)單、遲滯效應(yīng)弱，是目前鈣鈦礦電池的主流結(jié)構(gòu)，只是在器件效率方面還需要進(jìn)一步提高。

注：

遲滯效應(yīng)是困擾鈣鈦礦電池的重要關(guān)鍵問(wèn)題之一，它指的是當(dāng)光出現(xiàn)時(shí)，太陽(yáng)能電池?zé)o法立刻全功率輸出，以及光消失時(shí)，太陽(yáng)能電池仍會(huì)短暫持續(xù)供電的現(xiàn)象。這會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)電流密度和電壓曲線不完全重合的現(xiàn)象，影響測(cè)試的準(zhǔn)確性，降低鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)際性能。

▌電池材料：誰(shuí)是當(dāng)下主流？

在材料選擇方面，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池核心結(jié)構(gòu)中的每一層，都有多種材料可供選擇。我們可以通過(guò)不同的材料組合，創(chuàng)造當(dāng)下性能相對(duì)更優(yōu)的鈣鈦礦電池。

◎電子傳輸層

作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的重要組分之一，電子傳輸層在提取和傳輸光生電子、充當(dāng)空穴阻擋層起重要作用。

一個(gè)高效的電子傳輸材料，其能級(jí)應(yīng)當(dāng)與鈣鈦礦活性層相匹配。這樣才有利于電子提取的高電子遷移率，不僅能最大化光電轉(zhuǎn)換效率，還有利于提升電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

可以說(shuō)，能級(jí)匹配是除了材料本身特性之外，鈣鈦礦電池器件成功的另一關(guān)鍵。

電子傳輸層的材料有兩類(lèi)，金屬氧化物和有機(jī)材料。

前者方面，TiO2能級(jí)匹配性高，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但該材料電子遷移率低、電子陷阱態(tài)密度相對(duì)較高，會(huì)影響相應(yīng)器件在紫外光照下的穩(wěn)定性。目前，電子遷移率更高、光學(xué)性能和穩(wěn)定性更好SnO2正不斷取代TiO2，成為主流選擇。

至于后者，富勒烯及其衍生物是平面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最常用的有機(jī)電子傳輸材料，但此類(lèi)材料不易進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)和相關(guān)能級(jí)的調(diào)整，且成膜性和穩(wěn)定性較差。因此，能否設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出高效的非富勒烯有機(jī)小分子或聚合物，是決定有機(jī)材料是否具備發(fā)展價(jià)值的關(guān)鍵。

◎空穴傳輸層

空穴傳輸層是用來(lái)阻擋電子，防止鈣鈦礦活性層與電極直接接觸，保護(hù)其免受氧氣和水汽的侵蝕的結(jié)構(gòu)。一個(gè)好的空穴傳輸層，對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

PTAA和PEDOT:PSS等有機(jī)聚合物，是目前空穴傳輸層主要采用的材料。但因其價(jià)格高昂、制備復(fù)雜，并且穩(wěn)定性方面也存在一定問(wèn)題，限制了有機(jī)空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的大規(guī)模商業(yè)化使用。

中科創(chuàng)星認(rèn)為，開(kāi)發(fā)穩(wěn)定、低成本的無(wú)機(jī)空穴傳輸層取代有機(jī)材料，對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化應(yīng)用更有意義。

這是因?yàn)椋诜词解}鈦礦太陽(yáng)能電池中，無(wú)機(jī)p型半導(dǎo)體的研究相對(duì)導(dǎo)電聚合物更為廣泛，而且穩(wěn)定性更好。此外，NiOx材料已經(jīng)在研究中表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，包括可見(jiàn)光區(qū)吸收少、化學(xué)穩(wěn)定性高、易于摻雜改性、制備方法多樣等。

NiOx材料也存在本征電導(dǎo)率較低、能級(jí)不夠匹配、與鈣鈦礦層接觸性差，以及在其上生長(zhǎng)的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性不夠好等劣勢(shì)，不過(guò)在中科創(chuàng)星看來(lái)，這些問(wèn)題可以通過(guò)持續(xù)研發(fā)，對(duì)該材料進(jìn)行后續(xù)修飾改性逐步解決。

◎透明電極

透明電極又稱(chēng)透明襯底，目前研究較多材料包括透明導(dǎo)電氧化物、銀納米線、超薄金屬與碳基透明導(dǎo)電薄膜。其中，透明導(dǎo)電氧化物是主流選擇，而超薄金屬更適合于柔性電池，中科創(chuàng)星認(rèn)為二者進(jìn)展情況均值得關(guān)注。

在中科創(chuàng)星看來(lái)，雖然鈣鈦礦電池的類(lèi)別復(fù)雜，但有發(fā)展前景和投資潛力的技術(shù)路線已有跡可循。

結(jié)構(gòu)上，p-i-n型已是疊層電池選擇的主流結(jié)構(gòu)，而在材料上，中科創(chuàng)星建議進(jìn)一步關(guān)注其它部分的發(fā)展，提升和鈣鈦礦材料的匹配度，獲得太陽(yáng)能電池器件轉(zhuǎn)換效率的整體提升。新的材料突破將帶來(lái)轉(zhuǎn)化效率更高、性能更加穩(wěn)定、生產(chǎn)成本更低的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，并進(jìn)一步主力行業(yè)的大規(guī)模商業(yè)化落地。

不過(guò)，技術(shù)路線是否足夠有前景，還取決于上游生產(chǎn)。

PART 03

鈣鈦礦雖好，關(guān)鍵在上游

跟晶硅相比，鈣鈦礦電池的生產(chǎn)工藝更簡(jiǎn)潔、產(chǎn)業(yè)鏈更短，產(chǎn)能投資只有晶硅的一半左右。

以1GW產(chǎn)能的投資為例，晶硅在硅料、硅片、電池、組件等環(huán)節(jié)共需要投資約9.6億元，而在達(dá)到一定成熟度后，鈣鈦礦電池只要投資5億元左右，便能實(shí)現(xiàn)1GW產(chǎn)能，是晶硅的1/2左右。

即便如此，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)流程也依然有如下14步。

最重要的環(huán)節(jié)是如何在緩沖層上涂布鈣鈦礦薄膜，也就是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的薄膜工藝。目前已有的工藝包括旋涂法、噴涂法、刮刀涂布法、熱氣相沉積法和狹縫式涂布法。

其中，狹縫式涂布是一種先進(jìn)的預(yù)計(jì)量涂布技術(shù)，利用該技術(shù)不僅能獲得較高精度的涂層，而且供應(yīng)給涂布頭的墨水可以連續(xù)、幾乎無(wú)損失地涂布，理論上能夠形成無(wú)限長(zhǎng)的薄膜，并且涂覆不同材料組成的多層膜。

即便該方法尚需進(jìn)一步優(yōu)化前體的組成和結(jié)晶過(guò)程，以提升涂布質(zhì)量，但這并不影響該技術(shù)成為目前最適用于大面積制備太陽(yáng)能電池的工藝之一。

PART 04

鈣鈦礦電池，會(huì)“疊”很重要

鈣鈦礦材料在光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用主要有兩個(gè)技術(shù)方向：?jiǎn)谓Y(jié)和疊層。

雖然單結(jié)和疊層技術(shù)目前呈并行發(fā)展態(tài)勢(shì)，但中科創(chuàng)星認(rèn)為，疊層技術(shù)更具有研發(fā)和投資前景，能夠代表鈣鈦礦未來(lái)的發(fā)展方向。

理由在于，當(dāng)光子能量超過(guò)材料的帶隙時(shí)，多余的能量會(huì)因熱化而丟失，這限制了單結(jié)、二結(jié)甚至三結(jié)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的理論極限。而疊層（多結(jié)）太陽(yáng)能電池可以利用多個(gè)半導(dǎo)體材料帶隙的不同吸光層，減少由于載流子熱化而帶來(lái)的能量損失。

有研究結(jié)果顯示，帶隙處于1.1eV到1.4eV之間的單結(jié)太陽(yáng)能電池效率的理論極限在34%左右，帶隙匹配的二結(jié)太陽(yáng)能電池的理論極限效率為46%，三結(jié)太陽(yáng)能電池極限效率為52%，當(dāng)結(jié)數(shù)不受限的時(shí)候，疊層（多結(jié)）太陽(yáng)能電池的理論效率可達(dá)68%。

因此，疊層技術(shù)是提高太陽(yáng)能電池效率的有效方法，可突破當(dāng)前光伏市場(chǎng)效率極限。

至于該怎么“疊”呢？主流的研究方向是兩端疊層的方式，即子電池通過(guò)互聯(lián)界面串聯(lián)，這種方式僅需一個(gè)透明電極、成本較低，不僅在工藝方面具備發(fā)展前景，目前疊層太陽(yáng)能電池的世界記錄也大多由兩端疊層結(jié)構(gòu)的電池創(chuàng)造。

△圖片來(lái)源：仁爍光能官網(wǎng)

前文已經(jīng)提到，鈣鈦礦材料具有帶隙可調(diào)性，業(yè)界一般通過(guò)成分調(diào)控，使鈣鈦礦材料的帶隙在1.4～2.2 eV 之間變化，作為上層的寬帶隙“頂電池”使用；而另一子電池則使用窄帶隙的電池，依據(jù)該子電池的不同，我們可以將鈣鈦礦疊層電池分為鈣鈦礦-晶硅疊層電池、全鈣鈦礦疊層電池、鈣鈦礦-CIGS（銅銦鎵硒）疊層電池和鈣鈦礦-有機(jī)疊層電池等四類(lèi)。其中，前兩者具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率，是研發(fā)的重點(diǎn)。

▌鈣鈦礦-晶硅疊層電池

鈣鈦礦-晶硅疊層電池是目前效率最高，也是最主流的鈣鈦礦疊層電池。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，鈣鈦礦-晶硅疊層電池的轉(zhuǎn)化效率已突破30%，達(dá)到32.5%。

另外，該技術(shù)路線還具有開(kāi)路電壓高、壽命長(zhǎng)、市場(chǎng)龐大且產(chǎn)業(yè)鏈成熟等優(yōu)點(diǎn)。

但鈣鈦礦-晶硅疊層電池的劣勢(shì)也十分明顯——晶硅電池片有的問(wèn)題它都有，如晶硅電池片效率觸及天花板、晶硅能耗高、硅片屢漲難降、建筑和車(chē)頂場(chǎng)景應(yīng)用受限、頂部鈣鈦礦層難以高質(zhì)量沉積于絨面結(jié)構(gòu)的晶硅底電池上等等。

即使存在一定劣勢(shì)，但因其極佳的光電轉(zhuǎn)換效率，仍具有較高的市場(chǎng)前景。中科創(chuàng)星認(rèn)為，未來(lái)對(duì)于晶硅絨面結(jié)構(gòu)的利用，將成為推動(dòng)鈣鈦礦-晶硅疊層電池效率進(jìn)一步提升的方向。

▌全鈣鈦礦疊層電池

2021年2月，仁爍光能（南京大學(xué)譚海仁團(tuán)隊(duì)）創(chuàng)造了全鈣鈦礦疊層里程碑式世界紀(jì)錄——26.4%的轉(zhuǎn)換效率，首次超越25.7%的單結(jié)鈣鈦礦電池。另外，該團(tuán)隊(duì)還一直保持著小尺寸電池效率29.0%的世界紀(jì)錄。

△圖片來(lái)源：仁爍光能官網(wǎng)

雖然距離鈣鈦礦-晶硅疊層電池的32.5%尚有一定差距，但優(yōu)勢(shì)更加獨(dú)特、突出：

●全鈣鈦礦疊層電池具有高的理論光電轉(zhuǎn)換效率；

●全鈣鈦礦疊層電池有望取得比鈣鈦礦-晶硅疊層電池以及晶硅電池更低的度電成本；

●經(jīng)測(cè)算，鈣鈦礦組件的制造成本可達(dá)到單晶硅組件成本的50%，更具成本優(yōu)勢(shì)；

●在建筑光伏、車(chē)頂光伏與消費(fèi)品光伏方面比鈣鈦礦-晶硅疊層更具應(yīng)用前景；

●制備溫度遠(yuǎn)低于晶硅，全生命周期的能耗更低。

不過(guò)，該疊層電池還存在良品率與鈣鈦礦層的大尺寸效率，穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)還不能滿(mǎn)足，產(chǎn)業(yè)鏈不成熟等不足。這相當(dāng)依賴(lài)產(chǎn)業(yè)端的技術(shù)優(yōu)化，比如仁爍光能自研的全溶液法印刷技術(shù)，能夠高效、高質(zhì)量的制備疊層電池。

綜上，中科創(chuàng)星認(rèn)為，全鈣鈦礦疊層電池仍具備較好的發(fā)展與應(yīng)用潛力，是值得關(guān)注的方向。未來(lái)若有公司能夠解決良品率和連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題，將在鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)獲得巨大優(yōu)勢(shì)。

總之，鈣鈦礦-晶硅疊層與全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池因具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率，是目前研發(fā)的重點(diǎn)。

在鈣鈦礦-晶硅疊層電池領(lǐng)域，德國(guó)柏林亥姆霍茲中心（HZB）和英國(guó)牛津光伏公司（Oxford PV）掌握技術(shù)優(yōu)勢(shì)，前者創(chuàng)造了該技術(shù)路線32.5%的世界效率記錄，而后者則是目前大面積（274c㎡）疊層電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄的保持者。

全鈣鈦礦疊層電池方面，南京大學(xué)譚海仁教授創(chuàng)立的仁爍光能一騎絕塵。2022年12月，該公司創(chuàng)造了全鈣鈦礦疊層電池新的效率記錄——29.0%，再次打破了團(tuán)隊(duì)在6月創(chuàng)造的28.0%的世界紀(jì)錄，技術(shù)領(lǐng)先行業(yè)。

2023年2月，仁爍光能建設(shè)的全球首條全鈣鈦礦疊層光伏組件研發(fā)線正式投產(chǎn)，組件尺寸30*40c㎡，目前10MW研發(fā)中試線已全線跑通。該公司150MW中試線預(yù)計(jì)在今年第三季度投產(chǎn)，并于明年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，進(jìn)而建設(shè)GW線。

△仁爍光能10MW研發(fā)中試產(chǎn)線

另外，國(guó)內(nèi)方面還有協(xié)鑫光電等公司在從事單結(jié)鈣鈦礦電池方面的研發(fā)工作。協(xié)鑫光電是全球鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化的開(kāi)拓者，范斌博士團(tuán)隊(duì)的研究成果對(duì)該領(lǐng)域具有開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，大大提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化發(fā)展速度。

那么，行業(yè)的未來(lái)到底是鈣鈦礦-晶硅疊層還是全鈣鈦礦疊層呢？

中科創(chuàng)星認(rèn)為，從目前的發(fā)展情況看，鈣鈦礦-晶硅疊層電池的轉(zhuǎn)化效率高于全鈣鈦礦疊層電池，作為晶硅產(chǎn)品生命周期的延續(xù)，暫時(shí)處于優(yōu)勢(shì)地位。

仁爍光能創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)譚海仁對(duì)中科創(chuàng)星表示，全鈣鈦礦疊層理論效率同樣很高，其效率也有望做到與晶硅疊層相當(dāng)；另一方面，全鈣鈦礦疊層電池未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)更低成本與生產(chǎn)時(shí)低能耗的特點(diǎn)。

△圖片來(lái)源：仁爍光能官網(wǎng)

“鈣鐵礦集合了光伏太陽(yáng)能電池所有優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)比晶硅具有極其明顯的技術(shù)及成本優(yōu)勢(shì)?！弊T海仁告訴中科創(chuàng)星，隨著晶硅走到效率與成本的天花板，鈣鈦礦技術(shù)仍會(huì)不斷進(jìn)步，其性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)會(huì)隨效率的提升與技術(shù)的發(fā)展不斷顯現(xiàn)，全鈣鈦礦疊層電池也會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的重要方向。

不僅如此，太陽(yáng)能電池在測(cè)試中的高效不代表實(shí)際應(yīng)用中同樣高效。鈣鈦礦材料溫度系數(shù)低，弱光性好，鈣鈦礦電池的實(shí)際發(fā)電量比晶硅電池高出約10%，效率18%的鈣鈦礦組件，實(shí)際發(fā)電能力相當(dāng)于效率20%的晶硅組件。

基于上述理由，中科創(chuàng)星認(rèn)為鈣鈦礦材料相較晶硅將具有更強(qiáng)的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)。

PART 05

鈣鈦礦，離商業(yè)化還有多遠(yuǎn)？

在中科創(chuàng)星看來(lái)，鈣鈦礦的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已毋庸置疑，但若想實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，還要解決如下問(wèn)題：

首先是生產(chǎn)。

無(wú)論何種疊層，鈣鈦礦層都是影響結(jié)果的關(guān)鍵組分。但是，鈣鈦礦層仍存在缺陷密度多、成膜質(zhì)量低、大面積組件效率下降明顯與良品率的問(wèn)題，所以鈣鈦礦層的高質(zhì)量、穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)是其核心問(wèn)題。

在規(guī)模生產(chǎn)工藝上，狹縫涂布是鈣鈦礦電池當(dāng)下采用的主流生產(chǎn)方式。需關(guān)注該技術(shù)如何與其它工藝過(guò)程配合、提升鈣鈦礦層質(zhì)量。而在成膜工藝上，傳統(tǒng)加熱退火工藝制備方法容易導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜表面粗糙、質(zhì)量不高等。因此，研發(fā)更高效的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜處理方法也很有必要。

其次是轉(zhuǎn)化效率。

鈣鈦礦核心層材料的進(jìn)步，是提升其效率的關(guān)鍵之一。寬帶隙的鈣鈦礦層、窄帶隙的鈣鈦礦層、電子傳輸層、空穴傳輸層在效率、穩(wěn)定性方面均有進(jìn)步空間，材料之間的匹配性還需要進(jìn)一步優(yōu)化。而相關(guān)公司也會(huì)在行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，沉淀大量的數(shù)據(jù)與工藝，最終成為公司的技術(shù)“護(hù)城河”之一。

第三是穩(wěn)定性。

封裝是提升鈣鈦礦穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)，也是保證鈣鈦礦電池壽命的關(guān)鍵。封裝材料方面，傳統(tǒng)EVA膠膜抗PID性能差，不適應(yīng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的封裝，POE膠膜適合用于鈣鈦礦電池，但該技術(shù)主要被陶氏杜邦、?？松梨趬艛?，國(guó)產(chǎn)替代大有可為。另外，封裝工藝也需要針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池易分層、斷裂的現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)新的工藝。

最后是回收。

鉛污染是鈣鈦礦材料商業(yè)化應(yīng)用環(huán)節(jié)中難以回避的問(wèn)題。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，必須建立完善的回收體系，回收電池體系中的鉛和基片，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池原材料的循環(huán)再利用。

但無(wú)論生產(chǎn)、效率還是穩(wěn)定性，都可以通過(guò)技術(shù)優(yōu)化，進(jìn)行解決。中科創(chuàng)星認(rèn)為，在資金和技術(shù)的加持下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池行業(yè)也將快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，不僅緩解當(dāng)下能源緊缺的現(xiàn)狀，還會(huì)助力世界各國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

作為中科創(chuàng)星作為“硬科技”理念的締造者和“硬科技”投資的先行者，始終相信硬科技改變世界。

基于這樣的投資理念，中科創(chuàng)星不僅成功投資了榮獲2022年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展的仁爍光能，還有榮獲2020年中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展西安交通大學(xué)徐卓教授團(tuán)隊(duì)的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化公司；以及北京大學(xué)教授劉開(kāi)輝與中科院院士王恩哥團(tuán)隊(duì)的“米級(jí)高指數(shù)晶面單晶銅箔庫(kù)制造”產(chǎn)業(yè)化公司—中科晶益，該技術(shù)榮獲2020年中國(guó)重大技術(shù)進(jìn)展（十項(xiàng)）和2020年度中國(guó)半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展。

仁爍光能和中科晶益等公司之所以能獲得這樣的成績(jī)，與其長(zhǎng)期的研究積累分不開(kāi)。中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊表示，要做好硬科技創(chuàng)業(yè)公司，就要有“勇?lián)姑?、敢為人先、啃硬骨頭、十年磨劍”的硬科技精神，硬科技投資也是一樣。

“做硬科技投資，需要經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間的摸索學(xué)習(xí)，建立起來(lái)自己學(xué)習(xí)系統(tǒng)，對(duì)某些行業(yè)、某些公司擁有比別人更深的理解，這有才能夠?qū)π袠I(yè)和公司的表現(xiàn)作出更加準(zhǔn)確的判斷。”在米磊看來(lái)，硬科技創(chuàng)新所需的時(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大，這要求投資機(jī)構(gòu)對(duì)未來(lái)對(duì)技術(shù)的必然性有十足的把握。

中科創(chuàng)星之所以能夠在這些優(yōu)秀的科學(xué)家獲獎(jiǎng)之前，發(fā)掘并投資他們的創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，也與中科創(chuàng)星的投資邏輯分不開(kāi)。米磊說(shuō)，“無(wú)論是一家公司，還是一家投資機(jī)構(gòu)，專(zhuān)注是最重要的。越專(zhuān)注，越專(zhuān)業(yè)。”

硬科技創(chuàng)新的投資者，就像肥料和水，一點(diǎn)一滴地澆灌，幫助這些種子長(zhǎng)成參天大樹(shù)，而中科創(chuàng)星人就要有決心做這樣的“澆灌者”。

我們始終相信，未來(lái)的世界將成為由技術(shù)驅(qū)動(dòng)的世界，而中科創(chuàng)星要做的，就是投國(guó)家和社會(huì)最需要的技術(shù)。通過(guò)硬科技解決當(dāng)下和未來(lái)有可能出現(xiàn)的“卡脖子”問(wèn)題，讓中國(guó)重返世界之巔，讓那些有望推動(dòng)科技革命、改變世界未來(lái)規(guī)則的技術(shù)，掌握在我們自己的手里。

參考資料：

1.中科創(chuàng)星行研報(bào)告《鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池研究》

2.《中國(guó)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析》https://mp.weixin.qq.com/s/107NoLNKI22YWErtJNF4_w

3.仁爍光能官網(wǎng)https://www.renshinesolar.com/page100?article_id=50