我國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì) 商業(yè)化量產(chǎn)步伐將加快

我國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)商業(yè)化量產(chǎn)步伐將加快鈣鈦礦是一種具有與礦物鈣鈦氧化物(最早發(fā)覺的鈣鈦礦晶體)相同的晶體結(jié)構(gòu)的材料。鈣鈦礦晶體如今在超聲波機(jī)器，存儲(chǔ)芯片以及現(xiàn)在的太陽能電池中都可以找到。而鈣鈦礦電池則是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的電池，多用作太陽能電池，即鈣鈦礦太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。

1、鈣鈦礦電池技術(shù)得到較快進(jìn)展

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速前進(jìn)，鈣鈦礦電池技術(shù)也得到了較快進(jìn)展，電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率一次次地刷新著最高紀(jì)錄。2022年，日本科學(xué)家TsutomuMiyasaka首次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電，當(dāng)時(shí)的電能轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%；十年之后，2022年，鈣鈦礦電池電能轉(zhuǎn)換效率便飆升至25%；去年11月，柏林亥姆霍茲中心(HZB)研發(fā)的鈣鈦礦串聯(lián)電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá)29.8%，制造了至今為止鈣鈦礦電池最高紀(jì)錄，而且這一記錄已經(jīng)超過目前效率最高的異質(zhì)結(jié)、TOPCon等晶硅技術(shù)的效率極限。

資料來源：作者整理

國(guó)內(nèi)方面，我國(guó)鈣鈦礦電池技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平基本持平，且多項(xiàng)技術(shù)保持世界前列。

我國(guó)鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r

團(tuán)隊(duì)/商業(yè)公司

成就

華中科技高校武漢光電國(guó)家試驗(yàn)室韓雄偉教授團(tuán)隊(duì)

2022年在美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表基于全印刷技術(shù)的介觀鈣鈦礦太陽能光伏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了印刷介觀太陽能電池及光電器件關(guān)鍵技術(shù)的突破；2022年研制出6平米全印刷介觀鈣鈦礦太陽能光伏模組，應(yīng)用前景良好；同時(shí)，依托鄂州萬度光能有限責(zé)任公司進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局一體化推動(dòng)，旨在實(shí)現(xiàn)廉價(jià)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化。

武漢理工高校材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室印刷光電子試驗(yàn)室程一兵教授團(tuán)隊(duì)

實(shí)現(xiàn)了10厘米*10厘米鈣鈦礦光伏認(rèn)證效率16.5%、7厘米*7厘米轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.9%的鈣鈦礦光伏組件等杰出成果。

上海交通高校材料科學(xué)與工程學(xué)院韓禮元教授團(tuán)隊(duì)

2022年實(shí)現(xiàn)了有效面積36.1平方厘米、認(rèn)證效率12.1%的大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀(jì)錄；團(tuán)隊(duì)依托上海黎元新能源科技有限公司開展技術(shù)轉(zhuǎn)化以及光伏組件的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)。

中科院半導(dǎo)體所游經(jīng)碧討論員團(tuán)隊(duì)

2022年末刷新了鈣鈦礦光伏電池的轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄，經(jīng)美國(guó)可再生能源試驗(yàn)室權(quán)威認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率突破23.7%。

中科院化學(xué)討論所綠色印刷試驗(yàn)室宋延林教授團(tuán)隊(duì)

開展了柔性鈣鈦礦太陽能光伏討論，通過納米組裝-印刷方式制備出“蜂巢狀納米支架”，實(shí)現(xiàn)了柔性鈣鈦礦太陽能光伏更高的力學(xué)穩(wěn)定，有望為柔性可穿戴電子設(shè)備供應(yīng)牢靠電源，當(dāng)前1平方厘米的柔性鈣鈦礦太陽能光伏的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.32%

蘇州協(xié)鑫納米公司

生產(chǎn)的面積1300平方厘米鈣鈦礦太陽能光伏效率達(dá)13.48%，制造截至2022年9月世界最大面積鈣鈦礦光伏組件之最、大面積鈣鈦礦組件效率之最，目前正在建設(shè)100MW級(jí)鈣鈦礦電池生產(chǎn)線。

杭州纖納光電科技有限公司

2022年2月，纖納光電以15.2%的轉(zhuǎn)換效率，首次打破此前長(zhǎng)期由日本保持的鈣鈦礦小組件的世界效率紀(jì)錄。此后，分別在同年5月和12月，以16%和17.4%的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)了一年三破世界紀(jì)錄的佳績(jī)。2022年7月，其鈣鈦礦小組件效率再創(chuàng)新高，在19．277cm2的組件上將光電轉(zhuǎn)換效率提升至17．9％，穩(wěn)態(tài)功率輸出效率達(dá)到17．3％，又一次刷新了此前由該公司自己保持的世界紀(jì)錄。

2022年8月，量產(chǎn)鈣鈦礦薄膜光伏模組（200-800平方厘米）認(rèn)證效率超過11.98%，標(biāo)志著商業(yè)化大組件的勝利下線，目前正在建設(shè)20MW鈣鈦礦太陽能光伏生產(chǎn)線。萬度光能依托華中科技高校韓雄偉團(tuán)隊(duì)技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)，已建立110平方米可印刷鈣鈦礦太陽能光伏示范系統(tǒng)。

無錫極電光能科技有限公司

2022年4月2日，公司對(duì)外宣布在大面積鈣鈦礦組件效率上取得了突破性進(jìn)展，經(jīng)全球權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)JET(日本電氣平安環(huán)境討論所)嚴(yán)格檢測(cè)，在63.98cm2的鈣鈦礦光伏組件上實(shí)現(xiàn)20.5%的光電轉(zhuǎn)換效率。該效率是目前全球范圍內(nèi)大面積鈣鈦礦組件效率的最高紀(jì)錄，已經(jīng)與當(dāng)前主流晶硅產(chǎn)品效率相當(dāng)。

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2、鈣鈦礦電池在光伏產(chǎn)業(yè)“效率和成本”上均占優(yōu)勢(shì)

鈣鈦礦作為一種人工合成材料，自2022年首次被嘗試應(yīng)用于光伏發(fā)電領(lǐng)域后，便憑借著其性能優(yōu)異、成本低廉、商業(yè)價(jià)值巨大，從今大放異彩。

如今我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)前景光明，對(duì)應(yīng)的太陽能光伏電池進(jìn)展也是一片向好。然而，進(jìn)入2022年，國(guó)內(nèi)多晶硅擴(kuò)產(chǎn)產(chǎn)能釋放進(jìn)度不及預(yù)期，加之海外硅料因運(yùn)輸不暢進(jìn)口受阻，國(guó)內(nèi)多晶硅供應(yīng)幾無增量，硅料、硅片的產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)上漲，隆基、中環(huán)均已多輪上調(diào)報(bào)價(jià)，光伏企業(yè)的生產(chǎn)成本持續(xù)承壓。2022年1月以來，隆基3個(gè)月來已經(jīng)多次上調(diào)的硅片的售價(jià)。此外，硅業(yè)分會(huì)公布的硅料價(jià)格也已經(jīng)連續(xù)13周持續(xù)上漲。

2022年1-4月隆基單晶硅片P型M10165μm厚度(182/247mm)價(jià)格變化狀況

時(shí)間人民幣價(jià)格（CNY）（元/片）美元價(jià)格（USD）（美元/片）1月16日￥6.15$0.7171月27日￥6.38$0.8883月25日￥6.70$0.9334月13日￥6.82$0.949資料來源：公開資料整理

在硅料、硅片價(jià)格持續(xù)上漲背景下，鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)勢(shì)也愈創(chuàng)造顯。鈣鈦礦太陽能電池相比傳統(tǒng)太陽能電池，不僅具有原料豐富、工藝簡(jiǎn)潔、成本低、能耗低、效率高、載流子壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其對(duì)雜質(zhì)不敏感、吸光力量強(qiáng)、不需高溫工藝，其理論成本遠(yuǎn)低于當(dāng)前主流技術(shù)，極具成本優(yōu)勢(shì)及商業(yè)價(jià)值。

電能轉(zhuǎn)換效率方面，鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率總體高于晶硅組件。其中，理論極限上，晶體硅太陽能電池理論極限效率約為29.43%；一般單晶硅電池理論極限效率約為24.5%；HJT電池理論下最高效率約為27.5%；TOPCon電池理論極限效率上限約為28.7%。相比之下，鈣鈦電池單層電池理論效率極值可達(dá)31%；晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層轉(zhuǎn)換效率極值可達(dá)35%；而三節(jié)層電池理論極值可達(dá)到45%。而且，假如在鈣鈦礦電池中摻雜新型材料，鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率甚至可以達(dá)到的50%，是目前晶硅電池的2倍左右?？梢钥闯鲈谀芰哭D(zhuǎn)換效率上，鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)將光伏這一新能源拉升至新的高度。

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依據(jù)作者發(fā)布的《中國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)進(jìn)展現(xiàn)狀分析與投資前景討論報(bào)告（2022-2029年）》顯示，在目前研發(fā)的光伏新技術(shù)路線中，除了鈣鈦礦電池之外，GaAs(砷化鎵)電池電能焦慮效率也較高。其中，GaAs雙結(jié)疊層電池在試驗(yàn)室最高記錄到達(dá)32.8%，與鈣鈦礦電池不相上下。但是就成原來看，GaAs技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，原材料價(jià)格非常昂貴，低成本大規(guī)模量產(chǎn)難以滿意光伏商業(yè)化要求；而鈣鈦礦電池則具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

光伏企業(yè)投資1GW產(chǎn)能GaAs（Tum-key線）需要金額約50億元；投資1GW產(chǎn)能晶硅電池，需要建四個(gè)工廠，硅料、硅片、電池和組件，合計(jì)投資金額超過9億元；投資1GW產(chǎn)能鈣鈦礦電池僅需1個(gè)工廠，投資金額僅約5億元，其投資強(qiáng)度僅為晶硅的一半，GaAs（Tum-key線）的非常之一?？梢钥闯鲡}鈦礦電池產(chǎn)能成本更具優(yōu)勢(shì)。

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另外，與晶硅對(duì)比來看，鈣鈦礦對(duì)雜質(zhì)不敏感，通常90%左右的純度便可制造轉(zhuǎn)換效率超20%的電池；而晶硅純度必需達(dá)到99.9999%以上才能用于制造。而且，鈣鈦礦電池是一種高柔性的薄膜電池，因此其使用場(chǎng)景也較多，尤其是在當(dāng)前大力推廣的光伏建筑一體化領(lǐng)域。

3、行業(yè)環(huán)境利好，企業(yè)樂觀布局，鈣鈦礦商業(yè)化量產(chǎn)進(jìn)程將加快

近年來我國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大的商業(yè)化前景，分析其進(jìn)展環(huán)境來看，我國(guó)鈣鈦礦行環(huán)境總體來說均是處于利好局面。

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政策

2022年4月2日，國(guó)家能源局、科學(xué)技術(shù)部發(fā)布關(guān)于印發(fā)《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》的通知。從聚焦大規(guī)模高比例可再生能源開發(fā)利用方面提出了風(fēng)電太陽能發(fā)電技術(shù)攻關(guān)的詳細(xì)目標(biāo)。其中便包括高效鈣鈦礦電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)：研制基于溶液法與物理法的鈣鈦礦電池量產(chǎn)工藝制程設(shè)備，開發(fā)高牢靠性組件級(jí)聯(lián)與封裝技術(shù)，研發(fā)大面積、高效率、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好型的鈣鈦礦電池；開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)討論。

經(jīng)濟(jì)

我國(guó)為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)需要的投資規(guī)模在100萬億元以上，其中光伏產(chǎn)業(yè)占比頗高，而更高效率、更低成本的光伏電池——鈣鈦礦電池，將會(huì)是光伏發(fā)電大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的重要支撐。

社會(huì)

當(dāng)前我國(guó)材料的躍遷很大程度上是受到新能源的影響，而鈣鈦礦電池的進(jìn)展主要是受到光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的影響。我國(guó)社會(huì)正處在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加速進(jìn)程中，光伏發(fā)光伏電產(chǎn)業(yè)也進(jìn)展的如火如荼，因此可以作為太陽能電池的鈣鈦礦電池行業(yè)進(jìn)展的社會(huì)環(huán)境也是處在利好局面。

技術(shù)

當(dāng)前我國(guó)多家試驗(yàn)室及商業(yè)公司在鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)上刷新著世界紀(jì)錄，總體上，我國(guó)鈣鈦礦太陽能光伏電池技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平基本持平。今年2月份，華東師范高校教授方俊鋒團(tuán)隊(duì)與中科院寧波材料技術(shù)與工程討論所副討論員李曉冬合作，制造了新的反型鈣鈦礦電池效率世界紀(jì)錄，轉(zhuǎn)化效率首次實(shí)現(xiàn)大于24%；4月份，經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)討論院檢測(cè)認(rèn)證，極電光能研發(fā)團(tuán)隊(duì)在300cm2的大尺寸鈣鈦礦光伏組件上，制造了18.2%轉(zhuǎn)換效率新的世界紀(jì)錄。

在我國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)進(jìn)展環(huán)境利好，商業(yè)化前景寬闊的背景下，國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛入局市場(chǎng)。

我國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)產(chǎn)能量化進(jìn)程狀況

企業(yè)名稱產(chǎn)能方案杭州眾能光電科技公司方案鈣鈦礦電池百兆瓦級(jí)生產(chǎn)線2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，2022年推出GW級(jí)生產(chǎn)線。昆山協(xié)鑫光電材料有限公司2022年，昆山協(xié)鑫100MW鈣鈦礦生產(chǎn)線開頭試生產(chǎn)，并且將組件面積擴(kuò)大至1m×2m，光電轉(zhuǎn)化效率提高至18%以上。協(xié)鑫光電目前可大規(guī)模量產(chǎn)的是45cm×65cm的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換效率為15%。杭州纖納光電科技有限公司其位于衢州的100MW量產(chǎn)線也已經(jīng)破土動(dòng)工，并且于今年2月，開建全球首個(gè)鈣鈦礦地面光伏電站。無錫極電光能科技有限公司極電光能正在建設(shè)150MV鈣鈦礦試制線，估計(jì)在今年可進(jìn)行投產(chǎn)，效率將不低于18%，且該項(xiàng)目產(chǎn)品尺寸達(dá)到了1.2×0.6平方米。該公司更看重鈣鈦礦在光伏建筑一體化(BIPV)上的應(yīng)用，其表示會(huì)首先切入BIPV領(lǐng)域，開發(fā)鈣鈦礦幕墻產(chǎn)品。湖北萬度光能有限責(zé)任公司2022年6月，其總投資高達(dá)60億元的鈣鈦礦太陽能電池項(xiàng)目正式落地，這是迄今為止，最大的鈣鈦礦電池投資項(xiàng)目。該項(xiàng)目共分為兩期，一期產(chǎn)能為200MW，順當(dāng)量產(chǎn)后，萬度光能方案擴(kuò)充至10GW。無錫極電光能科技有限公司該公司已有150MW試制線，估