穩(wěn)定性實現(xiàn)里程碑式重大突破 1元以下鈣鈦礦組件計劃實現(xiàn)量產(chǎn)

:半年前，一則鈣鈦礦光伏組件成本將低于1元/瓦的新聞曾引爆光伏行業(yè)。盡管如此，不少人仍認(rèn)為它還只是一個科創(chuàng)概念，其穩(wěn)定性和鉛含量等細(xì)節(jié)仍有爭議，完全商業(yè)化尚需時日。無論怎樣，鈣鈦礦這一未來光伏新技術(shù)，其商業(yè)化進(jìn)程正在突飛猛進(jìn)。

理論上來說，鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)具有理論轉(zhuǎn)換效率高、可與晶硅電池疊加，制備過程綠色低碳、且不受稀有金屬儲量限制等優(yōu)勢，其最大亮點是低成本。以中國的纖納光電、協(xié)鑫納米，日本的松下、東芝以及英國牛津光伏等為代表的企業(yè)，在鈣鈦礦效率提升的道路上均取得了不同的階段性進(jìn)展，資本的進(jìn)入也為鈣鈦礦技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)勁的支持。

此前，中國長江三峽集團(tuán)下屬三峽資本宣布以戰(zhàn)略投資者身份注資杭州纖納光電技有限公司（簡稱“纖納光電”），成為首家投資布局鈣鈦礦技術(shù)的央企；2019年3月，風(fēng)電巨頭金風(fēng)科技宣布投資牛津光伏，拉開了其涉足鈣鈦礦領(lǐng)域的序幕。

實際上，外界對鈣鈦礦的質(zhì)疑，無外乎兩點：穩(wěn)定性與鉛含量，之前鈣鈦礦電池穩(wěn)定性不佳的質(zhì)疑聲為其產(chǎn)業(yè)化前景增加了一些不確定性。2019年，隨著行業(yè)龍頭企業(yè)在電池穩(wěn)定性方面取得了關(guān)鍵性突破才得以消除這些不確定性，加快了資本布局鈣鈦礦商業(yè)化的速度。

基于國標(biāo)檢測標(biāo)準(zhǔn)的“跨越式”效率提升

從2009年發(fā)展至今，鈣鈦礦光伏電池的實驗室轉(zhuǎn)換效率從3.81%到25.2%，展現(xiàn)出極為迅速的提升趨勢。根據(jù)Henry Snaith教授刊登在《自然·能源》的論文，新式鈣鈦光伏電池的單層理論效率可達(dá)31%；鈣鈦礦疊層電池，包括晶硅/鈣鈦礦的雙節(jié)疊層轉(zhuǎn)換效率可達(dá)35%；鈣鈦礦三節(jié)層電池，理論效率可達(dá)45%以上，接近于目前市場上傳統(tǒng)光伏電池轉(zhuǎn)化效率的2倍。

在單層鈣鈦礦技術(shù)量產(chǎn)方面，雖然國內(nèi)外企業(yè)均起步不久，但我國企業(yè)已屢破世界紀(jì)錄，其中，僅纖納光電一家公司就五次刷新了鈣鈦礦組件轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。2019年12月，纖納光電宣布，其自主研發(fā)的鈣鈦礦小組件效率又創(chuàng)新高，在面積為19.276cm2的小組件上，光電轉(zhuǎn)換效率突破18%，刷新了由其保持的世界最高效率。短短3年，纖納光電將鈣鈦礦小組件效率提升了6個百分點。

在量產(chǎn)鈣鈦礦組件方面，光伏們了解到國內(nèi)外企業(yè)基本是在2017年開始布局大面積的涂布中試線。2018年，日本的東芝集團(tuán)在700-800cm2的大組件上實現(xiàn)了11.7%的效率；2019年8月，纖納光電研發(fā)的大組件效率超越日本東芝公司，達(dá)11.98%；10月，纖納光電將300.74cm2大組件效率提升至14.30 %，該成績被中國可再生能源學(xué)會光伏專業(yè)委員會（CPVS）收錄在《2019太陽電池中國最高效率表》中。

值得一提的是，盡管鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率被持續(xù)刷新，但對電池效率卻說法不一，光伏們了解到，這是由于鈣鈦礦電池的測試方式不同于傳統(tǒng)光伏電池，對于設(shè)備和光源的要求較高；測試方法的不盡相同，給測試結(jié)果帶來了很大誤差。

根據(jù)“太陽能之父”Martin Green教授和美國國家可再生能源實驗室等7家國家級實驗室聯(lián)合編撰的《太陽能電池效率記錄表》中規(guī)定，目前受到國際認(rèn)可的檢測方法，其關(guān)鍵點在于：1、采用穩(wěn)態(tài)法的檢測；2、計算面積時，需要根據(jù)光伏組件的限定輻照面積來進(jìn)行測算，限定輻照面積包括組件的有效面積和死區(qū)面積。只有通過國際公認(rèn)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)才能客觀體現(xiàn)出鈣鈦礦技術(shù)的真正潛力。

2019年太陽電池中國最高效率表

此外，對于鈣鈦礦的質(zhì)疑還來自于鉛的問題。此前有研究認(rèn)為，鈣鈦礦光伏組件在使用過程中因不可抗拒的自然因素（飛石、冰雹、風(fēng)、雪、火）而導(dǎo)致破損后，鉛元素有可能發(fā)生泄漏并對周圍環(huán)境造成污染。

經(jīng)專家測算，市面上60片規(guī)格的晶硅組件，每塊含鉛量在16克至18克左右，而同樣尺寸的鈣鈦礦組件，每塊含鉛僅為2克。纖納光電方面也告訴光伏們，鈣鈦礦中的鉛是以鉛的鹵化物形式存在，所以它的物理化學(xué)特性十分穩(wěn)定，并且可以采用多種方式，在組件破碎后阻止金屬離子擴(kuò)散到環(huán)境中。

穩(wěn)定性獲突破，鈣鈦礦技術(shù)正式開啟商業(yè)化進(jìn)程

雖然鈣鈦礦光伏電池具有優(yōu)異的光學(xué)性能、制備過程綠色低能耗，但其走向產(chǎn)業(yè)化的過程中卻面臨著電池穩(wěn)定性問題的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)配方、工藝下鈣鈦礦光伏電池在連續(xù)工作一段時間后會出現(xiàn)明顯的效率衰減，其在使用過程中受到的包括濕、熱、電場和機(jī)械應(yīng)力在內(nèi)的老化應(yīng)力會使未經(jīng)優(yōu)化的鈣鈦礦材料出現(xiàn)本征性蛻變，致使轉(zhuǎn)換效率下降，制約了光伏電池的壽命。

目前這一問題已經(jīng)有了解決方案，2019年12月，纖納光電鈣鈦礦組件在第三方檢測實驗室通過了全球首次IEC穩(wěn)定性測試，此次全球首例鈣鈦礦組件通過商業(yè)化光伏組件環(huán)境可靠性測試，標(biāo)志著鈣鈦礦這一新興技術(shù)正式走出實驗室，邁向市場。根據(jù)檢測報告顯示，在加速老化情況下，他們的鈣鈦礦組件衰減率小于5%。在器件壽命方面，按晶硅組件的國際標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測，通過測試后的鈣鈦礦組件使用壽命為20年左右。

光伏們了解到，此次穩(wěn)定性測試由TüV北德光伏實驗室根據(jù)國際電工委員會（IEC）制定的國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，通過該標(biāo)準(zhǔn)檢測是薄膜光伏組件進(jìn)入市場前非常重要的準(zhǔn)入條件。

通過穩(wěn)定性測試之后，這意味著由此產(chǎn)出的鈣鈦礦組件初步具備了進(jìn)入市場流通的條件。據(jù)介紹，鈣鈦礦技術(shù)要實現(xiàn)商業(yè)化目標(biāo)，需要經(jīng)歷基礎(chǔ)性研發(fā)、實驗室效率提升、中試線建設(shè)、工藝優(yōu)化與商業(yè)化效率提升、穩(wěn)定性難題攻克、新產(chǎn)品示范、新廠房建設(shè)和產(chǎn)線擴(kuò)建等步驟。此次纖納光電鈣鈦礦產(chǎn)品通過全球首例穩(wěn)定性測試具有里程碑意義，意味著鈣鈦礦技術(shù)邁出了正式商業(yè)化的第一步。

商業(yè)化產(chǎn)線建設(shè)啟動，規(guī)?；a(chǎn)在即

在穩(wěn)定性以及鉛含量的問題破解之后，纖納光電的商業(yè)化產(chǎn)線也正在著手建設(shè)。據(jù)了解，目前纖納光電已在浙江衢州建設(shè)100MW鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)基地，完成了一期廠房11,000平方米的基建工程，這也是首個鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化量產(chǎn)項目。

實現(xiàn)量產(chǎn)的鈣鈦礦太陽能電池，其低廉的成本仍是業(yè)界最為關(guān)心的重點。協(xié)鑫納米報告指出，由于鈣鈦礦組件成本原材料只有基礎(chǔ)化工材料，不含稀有元素，所以鈣鈦礦組件的成本可達(dá)到單晶硅組件成本的50%。

根據(jù)纖納光電的量產(chǎn)規(guī)劃，2020年計劃建成小批量產(chǎn)線并投產(chǎn)，大型地面電站的鈣鈦礦光伏組件價格，在未來3-5年預(yù)計將低于1元/瓦，其發(fā)電成本控制在0.2-0.3元/千瓦時。

光伏們對比了不同種類太陽電池的全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)成本。

不同種類太陽電池的全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)成本（ 數(shù)據(jù)來源：詳見文末）

綜上，從目前來看，鈣鈦礦技術(shù)已在多個環(huán)節(jié)上有了一定的進(jìn)展與突破。從效率提升空間和發(fā)展速度等方面評估，鈣鈦礦電池的多種技術(shù)路線未來有望實現(xiàn)與單晶相媲美的轉(zhuǎn)換效率甚至更高，同時由于生產(chǎn)工藝環(huán)保，規(guī)?；a(chǎn)成本相對較低，給行業(yè)帶來了豐富的想象空間及光伏度電成本持續(xù)降低的希望。

如何在保證高轉(zhuǎn)換效率的前提下實現(xiàn)其性能更加穩(wěn)定、衰減率更低、進(jìn)一步提高電池使用壽命仍然是當(dāng)前的研究重點，而未來，產(chǎn)線量產(chǎn)情況、市場接受度和后續(xù)的產(chǎn)品工藝提升也將是決定鈣鈦礦光伏組件何時能夠真正大規(guī)模量產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用的主要因素。