解構鈣鈦礦

以轉化效率勝出的鈣鈦礦技術，即將迎來產業化曙光。它會在短期內對現有晶硅路線造成徹底顛覆嗎？

文 | 本刊記者 武魏楠

3月9日，無錫極電光能科技有限公司宣布，公司於近日完成數億元A輪融資。募集資金將主要用於鈣鈦礦前沿技術開發和150MW鈣鈦礦光伏生產線的運營，優化技術工藝水平，提升產品綜合性能等。

這隻是近年來數十起鈣鈦礦融資案例里的冰山一角。這個光伏發電新技術已然成為了當下資本市場的寵兒。

只不過佩戴者“未來趨勢”光環的鈣鈦礦並不總是給大家帶來驚喜，偶爾也會有着驚嚇。2月21日早間，華能清潔能源研究院發布《關於針對奧聯电子發布失實公告的澄清聲明》。聲明稱，與奧聯电子無任何合作協議、技術交流和業務往來，與奧聯电子合作方胥某也沒有任何業務往來。

短短2個月市值暴漲近2倍的奧聯电子因為涉嫌信息披露違規違法，被證監會立案調查，股價也一瀉千里。

這就是鈣鈦礦，一些真真假假的簡單信息就能夠讓一家上市公司在天地之間來迴旋轉。

噱頭和話題或許可以在資本市場獲得一時之間的關注，但終究無法長久。對於產業來說，切實落地的可行性至關重要。在鈣鈦礦企業紛紛完成兆瓦級產線，吉瓦級產能即將落實的現實面前，我們不得不說，鈣鈦礦的產業化真的快要來了。

這是一個真正可以顛覆當前光伏產業的技術。2月17日，中國工業和信息化部發布的數據显示，2022年中國光伏產業鏈各環節產量再創新高，行業總產值突破1.4萬億元人民幣。一旦鈣鈦礦技術完全成熟，晶硅產業鏈上的所有企業都將會面臨前所未有的壓力。

戰略意義

毫無疑問，當今的光伏市場是晶硅的天下。但晶硅光伏的效率卻快要達到天花板了。

2022年中國國內主流企業P型PERC電池量產平均轉換效率達到23.2%；N型TOPCon電池初具量產規模，平均轉換效率達到24.5%；HJT電池量產速度加快，轉換效率創造26.81%的世界新紀錄。

單結晶硅電池的理論效率是29.4%，實驗室極限效率為28%，量產效率為26%至27%。將理論與現實數據進行對比，不難發現晶硅光伏發電的技術天花板已經快要抵達。儘管光伏產業還處在從P型電池轉向N型電池的過渡階段，但是如何找到下一代光伏發電技術已迫在眉睫。

晶硅電池效率早在1970年代就達到了13%-14%，2017年後一直停留在26.7%左右。將轉化效率提高一倍，跨越了40多年的時間。

而鈣鈦礦最早在2009年由日本科學家首次用於發電，轉換效率僅3.8%。經過了僅僅10餘年的發展，單結鈣鈦礦電池的實驗室效率已達25.6%，接近由隆基2022年11月創造的HJT晶硅電池26.8%的實驗室效率紀錄。單結鈣鈦礦電池理論轉化效率可達33%，高於晶硅電池極限效率29.4%。

用10年時間走完晶硅40多年的歷程，來勢洶洶的鈣鈦礦在技術上限方面已經走在了晶硅的前面。

高效率優勢讓產業不得不關注鈣鈦礦技術，而對於中國光伏產業來說，鈣鈦礦技術的發展也意味着光伏發電產業優勢的保持。

據《能源》雜誌獲悉，國家能源局相關人員在對鈣鈦礦企業調研過程中，就尤為關注技術進步、以及鈣鈦礦技術對晶硅產業的顛覆性問題。“晶硅產業每年有上萬億的產值。鈣鈦礦的出現對其必然會有衝擊。”鈣鈦礦企業相關負責人對《能源》雜誌表示，“政府關心的是新技術對這個龐大產業的衝擊來自哪些方面？是正面還是負面？又該如何應對。”

2022年中國主要光伏產品出口總額高達512億美元。作用1.4萬億產值光伏產業鏈的中國是全世界最大的光伏產品製造國，而且在晶硅技術方面多次刷新世界紀錄，為全球市場供應了超過70%的組件。

這些優勢都有可能隨着鈣鈦礦技術的進步而流失。

從產業鏈的角度來說，晶硅電池在四個不同工廠內分別加工硅料、硅片、電池、組件。而鈣鈦礦太陽能電池的生產流程僅需要一條幾百米長的全自動生產線，就能實現從原材料到最終組件成品的完整生產流程。

技術領先、產業規模是中國光伏最重要的優勢。而鈣鈦礦的出現首先意味着技術優勢的喪失。而鈣鈦礦對產業鏈的縮短，可能意味着中國光伏的規模化優勢徹底轉變為劣勢。

布局鈣鈦礦甚至成為歐美日等國家和地區實現對中國光伏產業彎道超車的技術路線。

客觀上來說，歐美日等國家和地區在鈣鈦礦的技術研發方面優先於中國。日本是最早將鈣鈦礦技術用於發電的國家。2012年，牛津大學實現了鈣鈦礦技術發電效率超過10%。2013年，《Science》將鈣鈦礦評選為年度十大科學突破之一。2014年，韓國科技大學取得了鈣鈦礦20.1%的非穩定效率認證紀錄。

2016年之後，鈣鈦礦/晶硅疊層電池的紀錄一直高於鈣鈦礦單結電池，牛津大學光伏公司和柏林亥姆霍茲中心的研究人員交替打破疊層電池紀錄。2022 年，柏林亥姆霍茲中心實現了迄今為止最好的鈣鈦礦發電效率：32.5%。

儘管率先走出了第一步，但國外鈣鈦礦技術的發展依然更多的停留在實驗室階段。而中國企業已經開始全面探索鈣鈦礦的產業化。

新老勢力碰撞

被證監會立案調查的奧聯电子，其最初的火爆來源於2022年12月9日披露了全資子公司與“鈣鈦礦專家”胥明軍共同出資設立奧聯光能，擬從事鈣鈦礦太陽能電池項目。

這搭上了2022年鈣鈦礦火爆的最後一班車。

儘管從2020年開始，鈣鈦礦概念在一級市場中就被收到了VC/PE們的關注，但真正的融資熱潮發生在2022年。

目前，鈣鈦礦太陽能電池組件廠家以非上市公司為主，一級市場投資熱度較高。從融資進展來看，部分頭部廠家已完成多輪融資，融資進展速度較快。

傳統光伏龍頭企業也對鈣鈦礦技術多有關注。通威已經建立鈣鈦礦實驗室，首塊鈣鈦礦電池有望年內下線；隆基綠能公布了鈣鈦礦-異質結疊層電池專利；晶澳研發中心积極研究儲備鈣鈦礦電池技術；天合光能正在開展鈣鈦礦/晶硅疊層電池設計製備研究；晶科已經建立Topcon-鈣鈦礦疊層電池及組件研發線……

與傳統光伏企業幾乎一致地選擇了鈣鈦礦疊層技術路線相比，初創鈣鈦礦企業大多選擇了單結技術路線。

鈣鈦礦電池結構主要分為單結和多結疊層電池。單結鈣鈦礦電池結構是類似三明治層狀的5層結構，結構簡單。單結電池結構又分為介孔結構和平面正式或反式結構，目前單結電池產業化主要為平面反式結構。

疊層結構分為窄帶隙底電池、互聯結/隧穿結、寬帶隙頂電池三部分。目前鈣鈦礦/晶硅疊層研究進展領先，實驗室效率最高可達32.5%。

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不同的鈣鈦礦電池技術在效率、成本、工藝難度、穩定性方面各有優劣。疊層電池目前在效率上佔據優勢，但是單結技術電池的光電損失是最小的。

值得注意的是，仁爍光能是全行業唯一一家採用了全鈣鈦礦疊層技術路線的企業。從成本角度考慮，全鈣鈦礦電池成本最低。但同時也是穩定性最差的。

由於疊層路線可以最大限度地發揮傳統光伏企業在晶硅技術、產業規模上的優勢，所以目前晶硅大廠傾向選擇鈣鈦礦/晶硅疊層的路線，全鈣鈦礦路線更適合初創企業。

回顧光伏產業的發展歷程，主流技術路線的變更引發了多次行業巨變。如今鈣鈦礦還處在產業化的早期，卻已經衍生出了多個不同的技術路線，未來的淘汰風險，不容忽視。

“無論是從技術角度來看，還是從企業經營的角度來看，不可能每一個企業都會成功。”有鈣鈦礦企業負責人對《能源》雜誌記者說，“經過至少兩輪的淘汰，有十分之一的企業脫穎而出就十分成功了。”

潛在的淘汰風險可能首先來自於資金壓力。目前部分領先的鈣鈦礦太陽能電池組件廠家（例如協鑫光電、纖納光電、極電光能等）已建成百兆瓦級別產能，部分廠商預計今明兩年落地GW級生產線。

儘管鈣鈦礦的產線投資比晶硅電池更低，設備投資金額約為5億元/GW，是晶硅的一半左右，但初創企業在未能實現商業化之前，十分依賴融資。“現在是投資風口，融資比較容易。如果過了這段時間融資難度提高，企業之間就要相互競爭，難免會出現淘汰的情況。”

隨着產能的不斷擴大，再加上研發的持續性投入，鈣鈦礦企業對於資金的需求可以說是持續不斷的。“隨着時間的推移，某一種技術路線上企業能獲得的融資會開始逐漸集中。這會是對鈣鈦礦企業的第一輪淘汰。”

理想與現實

儘管鈣鈦礦還沒有完全產業化，更沒有對傳統晶硅技術路線產生實質性的威脅。但是舊勢力與新玩家之間的火藥味已經逐漸瀰漫。

產業資本、晶硅巨頭們儘管對鈣鈦礦有所涉獵，但更多是出於維護自身晶硅傳統勢力，或者是純粹的技術儲備，大多停留在實驗室階段，缺乏中試和兆瓦級生產線。

新玩家們則已經開始籌劃着打開光伏市場天花板。

近幾年來，光伏概念在資本市場被熱捧的一大原因就是其靈活多樣的特性可以應用在許多場景，拓展了光伏下游市場。

但在實際應用中，各類“光伏+”大多還是將傳統光伏組件進行移植安裝。而鈣鈦礦電池具備輕薄、可彎曲的特性，甚至還可以進行顏色調節。這就大大拓展了其下游應用市場的空間。

在最近1年多的各類券商研報中，大多會提及鈣鈦礦電池在傳統地面電站之外，還適用於BIPV、車載光伏、室內光伏、消費品等領域。其中，BIPV被認為是最能夠發揮鈣鈦礦輕薄、透光、顏色可變特點的應用領域，可以是鈣鈦礦的首選市場。

在“雙碳”目標提出之後，BIPV迅速成為建築節能、碳中和的重要手段。2023年分佈式光伏在商業建築和公共建築的立牆應用佔比預計分別可達到15%和20%，在商業建築和公共建築的屋頂應用佔比預計分別可達到15%和30%。

全球新能汽車維持高速增長，鈣鈦礦電池可用於製作車頂光伏。2023年全球新能源汽車預計可突破1300萬輛，可安裝光伏電池面積預計可達30萬平米，是未來光伏領域重要開拓市場。鈣鈦礦電池具備高弱光效應，在不良天氣條件下，有利於維持穩定發電，是作為車頂光伏的優良材料。

極電光能表示，其產品將首先應用於BIPV 領域，布局以光伏幕牆、立面發電石材和屋頂光伏瓦為主的建築光伏一體化。而極電光能的前身正是長城控股旗下蜂巢能源科技有限公司下設的太陽能事業部，自2018年初開始鈣鈦礦光電技術的預研工作，於2020年4月獨立為無錫極電光能科技有限公司。

同在新能源汽車賽道上的寧德時代也在3月公布申請了“鈣鈦礦太陽能電池及其製備方法與用電裝置”專利。深陷造假醜聞的奧聯电子也是一家汽車供應鏈企業。

鈣鈦礦電池輕薄特性、高轉換效率、顏色可調節的優勢，的確在BIPV市場具備競爭力。“但建築行業對光伏材料的需求和電站有着巨大的差別。”有光伏企業內部鈣鈦礦研究人員說，“電站組件是完全標準化的。而建築光伏有着大量的定製化需求。如果進行大規模的定製化生產，鈣鈦礦就失去了最重要的價格優勢。”

同樣的困擾在消費品光伏領域也同樣存在。各類定製化的需求削弱了鈣鈦礦的價格與效率優勢，消費者是否願意用數倍的價格來支付1%的效率提升呢？

至少在相當一部分產業資本和晶硅巨頭們看來，鈣鈦礦的發力重點依然會是地面電站領域。而它們在這個TO B的市場有着絕對的先發優勢和豐富經驗。

仁爍光能是南京大學現代工學院教授譚海仁團隊創建的鈣鈦礦初創企業，溫州鋅芯鈦晶科技有限公司由恭弘=叶 恭弘志鎮院士領銜創立，浙江大學何海平教授擔任總經理。在這一輪鈣鈦礦熱潮中，頂尖院校科研團隊背景的初創企業並不少見。這類產學研與資本市場相結合的方式無疑是新技術發展的一條重要方向。

不過，如果鈣鈦礦無法在BIPV、車載光伏等更多的應用市場取得突破性進展，轉而要進入地面電站和工商業分佈式市場，那麼這些初創企業不得不面對傳統晶硅光伏巨頭在客戶關係、經銷商網絡等方面的巨大競爭優勢。這可能會成為鈣鈦礦企業優勝劣汰的又一個契機。

靜待勝利者

經過了大約兩輪淘汰之後，鈣鈦礦所要面臨的最後難題就是主流技術路線的選擇。我們在前文中已經提到鈣鈦礦目前大致可以分為單結和疊層兩個技術路線的區分。

單結鈣鈦礦電池結構可分為介孔結構和平面結構，平面結構又可分為正式結構和反式結構；疊層技術有包含了鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層、鈣鈦礦/ CIGS疊層。

“基本上不會有企業對所有的技術路線都投入。即便剛開始的時候有所涉獵，但是隨着科研的深入，企業一定會選定某一個技術路線。”上述業內人士說。

從晶硅光伏過去十幾年的發展歷程來看，正確的技術路線選擇對於企業能否搶佔行業發展先機十分重要。堅持單晶路線、率先開始大規模商業化應用PERC電池技術的隆基就是這一道路的典型案例。

哪一種技術路線會率先勝出？這個問題的實在是難以回答，每一家押注了相應技術路線的企業都願意相信自己選擇的是最正確的道路。而在鈣鈦礦產業化早期，率先實現技術突破是從一種競爭對手中脫穎而出的最好方法。

先要實現“技術先導、后發制人”，鈣鈦礦還要解決一系列的自身缺陷。尺寸小、穩定性差、壽命端、原材料毒性、塗覆技術不成熟……這些缺點中的每一個都有可能成為鈣鈦礦進一步發展的巨大阻礙。

極電光能總裁於振瑞在接受媒體採訪時表示，2025年是鈣鈦礦組件性能能夠與晶硅相媲美之年。屆時，鈣鈦礦組件從技術條件上應該具備與晶硅直接競爭的能力。同時，2025年也是鈣鈦礦組件大規模應用起始年，2023年和2024年會出現很多示範項目。

無論是概念的熱潮，還是一級市場中大量玩家的湧入，都只是一時之間的喧囂。產業發展終究是要回歸技術本質，聚焦產業化。

留給鈣鈦礦的時間還有很多，但是對於大多數鈣鈦礦企業來說，時間確實較為緊迫的。如何快速迭代技術？選擇最適合的技術路線？企業同樣面臨着困擾和選擇。