資本青睞鈣鈦礦

2021年10月13日，極電光能首次融資發(fā)布會在江蘇無錫舉行。此次融資由碧桂園創(chuàng)投、九智資本聯(lián)合領(lǐng)投，建銀國際、云林基金跟投，控股股東穩(wěn)晟科技追加投資，共募集資金2.2億人民幣，主要用于新技術(shù)研發(fā)和試制線建設(shè)。

在本次融資發(fā)布會上，極電光能與錫山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，攜手共建落戶于錫山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的150MW試制線項(xiàng)目，并預(yù)計(jì)于明年中期建成投產(chǎn)，將陸續(xù)推出鈣鈦礦發(fā)電石材、光伏幕墻玻璃及鈣鈦礦發(fā)光量子點(diǎn)產(chǎn)品。

鈣鈦礦產(chǎn)品吸引資本關(guān)注，這并不是第一次。早在2019年4月26日，長江三峽集團(tuán)旗下的三峽資本，就曾經(jīng)以戰(zhàn)略投資者的身份，注資纖納光電，投資金額5000萬人民幣。2021年1月，纖納光電宣布，該公司完成C輪融資，共計(jì)3.6億元，仍由三峽資本領(lǐng)投，京能集團(tuán)、衢州金控、三峽招銀等資方跟投；就在三峽集團(tuán)戰(zhàn)略投資鈣鈦礦的前一個(gè)月，風(fēng)電巨頭金風(fēng)科技也宣布，以戰(zhàn)略投資者的身份，領(lǐng)投英國鈣鈦礦太陽能發(fā)電公司牛津光伏有限公司D輪融資，投資金額2100萬英鎊。

時(shí)間進(jìn)入到2021年，資本進(jìn)駐鈣鈦礦的步伐仍未停止，在極電光能融資成功之前的8月2日，另一家鈣鈦礦光伏企業(yè)曜能科技宣布，獲高瓴氣候變化投資團(tuán)隊(duì)數(shù)千萬元的A輪融資已經(jīng)到賬。

又愛又恨鈣鈦礦

一起起成功的融資案例，讓人不僅好奇：鈣鈦礦究竟有何魅力，能夠被資本市場如此偏愛？

所謂鈣鈦礦，1839年第一次被發(fā)現(xiàn)時(shí)，是一種天然礦物鈦酸鈣（CaTiO3）。此后若干年，科學(xué)家們經(jīng)年累月的研究發(fā)現(xiàn)，這種富含鈣鈦礦的晶體材料，由于ABX3的特殊結(jié)構(gòu)，使它在高溫催化及光催化方面具有潛在的應(yīng)用前景，不但可以制成發(fā)光二極管、催化劑，甚至可以制成未來量子計(jì)算機(jī)的元件，而鈣鈦礦的概念，也有了延展，不再特指鈣鈦復(fù)合氧化物，而用來泛指一系列具有化學(xué)式的化合物。

鈣鈦礦材料第一次被應(yīng)用在太陽能發(fā)電領(lǐng)域，是在2009年。盡管當(dāng)時(shí)的發(fā)電效率只有3.8%，但是研究人員很快意識到，由鈣鈦礦材料制作的電池對光的吸收能力是傳統(tǒng)太陽能電池材料的100倍，也就是鈣鈦礦電池只需使用1/100的厚度，即可產(chǎn)生相同的能量輸出，相應(yīng)減少了所需材料數(shù)量，而且產(chǎn)生的電壓更高，還能增加能量產(chǎn)出。來自科研界的結(jié)論顯示，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的效率上限更高，設(shè)計(jì)出的電池效率理論上可以達(dá)到33%的效率極限，而由鈣鈦礦電池和晶體硅組成的的疊層電池理論轉(zhuǎn)換率極限更是高達(dá)43%。

此外，由于鈣鈦礦材料對雜質(zhì)不敏感，通常90%左右純度的鈣鈦礦材料就可以用于制造效率達(dá)到20%以上的太陽能電池；作為對比，晶硅材料則對雜質(zhì)非常敏感，純度必須達(dá)到99.9999%以上才能用于制造太陽能電池。

這種不同材料體系的成本，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上的表現(xiàn)為：晶硅太陽能電池每平方米造價(jià)為500—700元，薄膜太陽能電池每平方米造價(jià)1300—1400元，鈣鈦礦太陽能電池每平米預(yù)計(jì)成本將低至100元。

盡管理論上鈣鈦礦電池的發(fā)電效率上限更高、工藝更簡單、但是走出實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦電池還需要面對更多的挑戰(zhàn)。不穩(wěn)定、有毒和面積小，便是其不得不面對的“三座大山”。

由于離子組成的鈣鈦礦半導(dǎo)體天生結(jié)構(gòu)“柔弱”，工作條件下受光照、電場、溫度、水氧等作用的影響會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料發(fā)生結(jié)構(gòu)改變甚至分解；分解逃逸出來的離子還會進(jìn)入到電荷傳輸層或者電極層，進(jìn)一步破壞光電轉(zhuǎn)換功能，造成整體器件效率的顯著降低。

具有“太陽能之父”之稱的馬丁·格林教授就指出：“在接受光照的前八個(gè)月，最優(yōu)質(zhì)的鈣鈦礦能夠保留它97%的性能，而標(biāo)準(zhǔn)硅電池在第一年的衰退率是低于2%～3%的，在隨后25～30年的時(shí)間中，標(biāo)準(zhǔn)硅電池每年的衰退率不超過0.5%。相比目前標(biāo)準(zhǔn)的，市場上商業(yè)化的光伏產(chǎn)品來講，鈣鈦礦穩(wěn)定性不足是比較大的問題。”

穩(wěn)定性之外，大多數(shù)鈣鈦礦電池中含有有毒物質(zhì)鉛，鉛是一種有毒金屬。研究人員嘗試過使用替代品，如錫，不過電池性能下降。

除了穩(wěn)定性和毒性這些材料本身的問題，當(dāng)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中使用微小電池時(shí)，使用TCO薄膜收集電流時(shí)，可以通過大量光線，具有微小電阻；在較大的面積上使用電池時(shí)，電阻率明顯提高，發(fā)電效率下降。例如，在松下公司，研究人員發(fā)現(xiàn)一塊6.25平方厘米的鈣鈦礦電池，效率為20.6%。但當(dāng)35個(gè)電池片組合成412平方厘米的組件時(shí)，效率降至12.6%。

前途無量鈣鈦礦

面對“三座大山”的阻擋，一些試圖將鈣鈦礦電池市場化的公司選擇了退出。比如曾經(jīng)是鈣鈦礦太陽能專利第三大持有者的跨國公司富士膠片；比如澳大利亞的鈣鈦礦開發(fā)商GreatCell Solar。

有退出者就有新進(jìn)入者。2009—2021年的十余年里，英國牛津大學(xué)，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院，中國科學(xué)院、南方科大等眾多全球頂尖科研機(jī)構(gòu)和日本松下、夏普、東芝，中國的纖納光電、協(xié)鑫納米、極電光能、曜能科技、通威等國內(nèi)外企業(yè)，都投入了大量人力物力，致力于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的量產(chǎn)。在眾多研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的艱難公關(guān)下，困擾鈣鈦礦電池的“三座大山”正在被一座座攻克。

在轉(zhuǎn)換效率方面，成立于2015年的杭州纖納光電，在公司成立一年半后，就將鈣鈦礦光伏小組件(超過16cm )效率提升至15.24%，經(jīng)NREL認(rèn)證，刷新了此前該領(lǐng)域12.1%的世界紀(jì)錄。此后，又分別在2017年5月、2017年12月、2018年7月和2020年四次刷新了該記錄。

2021年5月，纖納光電再次傳來最新消息，其第三代鈣鈦礦薄膜光伏技術(shù)再獲突破，在20 cm²的組件上實(shí)現(xiàn)了20.2%的穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率。該結(jié)果由國際認(rèn)可的第三方計(jì)量科學(xué)研究院獨(dú)立認(rèn)證。20.2%穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換效率是目前鈣鈦礦小組件的世界最高效率，也是其第六次刷新鈣鈦礦組件效率的世界紀(jì)錄。

在更大面積的鈣鈦礦組件方面，2021年4月2日，無錫極電光能科技有限公司對外宣布，經(jīng)全球權(quán)威測試機(jī)構(gòu)JET（日本電氣安全環(huán)境研究所）嚴(yán)格檢測，在63.98cm⊃2的鈣鈦礦光伏組件上，實(shí)現(xiàn)了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創(chuàng)新紀(jì)錄，已經(jīng)與當(dāng)前主流晶硅產(chǎn)品效率相當(dāng)。

在穩(wěn)定性方面，目前鈣鈦礦電池主要遵循由瑞士日內(nèi)瓦國際電工委員會(IEC)制定的硅太陽能電池板認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)稱為IEC 61215，涉及性能測試、環(huán)境箱老化測試、電器安規(guī)測試、機(jī)械應(yīng)力測試、戶外測試等多種。

2021年初，纖納的鈣鈦礦組件再次通過了紫外、濕熱和光衰三項(xiàng)核心耐老化加嚴(yán)測試。其中，紫外耐老化測試的總量為100 kWh，等同于IEC61215標(biāo)準(zhǔn)的6.5倍；濕熱耐老化測試3000 h，等同于IEC61215標(biāo)準(zhǔn)的3倍。兩項(xiàng)測試組件功率衰減均小于5%。在為鈣鈦礦組件量身定制的更嚴(yán)苛的加熱光衰老化測試中，在70 ℃ 老化溫度以及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光1000 h持續(xù)照射后，組件功率基本維持在初始值。上述兩項(xiàng)認(rèn)證結(jié)果代表著，纖納光電的鈣鈦礦組件穩(wěn)定性與其他已經(jīng)商業(yè)化的技術(shù)基本相當(dāng)，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了先前的穩(wěn)定性預(yù)期。

至于有毒性方面，2019年成立鈣鈦礦團(tuán)隊(duì)的通威集團(tuán)表示，將采用高效硅基底電池和低成本和無毒穩(wěn)定鈣鈦礦材料疊加的大尺寸技術(shù)路線。按照通威的規(guī)劃，在未來3-5年內(nèi)，將進(jìn)行疊層鈣鈦礦電池的中試化量產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，并與主流設(shè)備企業(yè)合作開發(fā)可大規(guī)模化的疊層鈣鈦礦電池的制備技術(shù)，并評估進(jìn)行疊層鈣鈦礦電池的可穩(wěn)定規(guī)?；圃煨院彤a(chǎn)品長期穩(wěn)定性等問題，在5-10年內(nèi)進(jìn)行鈣鈦礦疊層電池的大規(guī)模量產(chǎn)，其低成本的鈣鈦礦材料也可達(dá)到與晶硅電池相聘美的穩(wěn)定性水平。

除了采用無毒材料，Oxford PV的串聯(lián)電池生命周期分析也表明，少量鉛泄漏對環(huán)境毒性沒有太大影響。

解決了技術(shù)上的難題，再輔之于“碳中和”的大環(huán)境，擁有鈣鈦礦電池新技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢的企業(yè)，會受到資本市場的青睞，也就并不意外了。

就像作為三峽集團(tuán)戰(zhàn)略投資鈣鈦礦的重要參與者，三峽建信（北京）投資基金管理有限公司副總裁余操所說，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的天花板顯然更高，而且效率提升非?？?。不同技術(shù)類型電池技術(shù)除了一些特殊應(yīng)用場景外，比如BIPV，最終比拼的是LCOE（平準(zhǔn)化度電成本），從目前各類技術(shù)發(fā)展來看，鈣鈦礦技術(shù)的LCOE將可能成為最低的。一些高效晶硅技術(shù)，如HIT，雖然功率高，但系統(tǒng)造價(jià)也高，因此在LCOE這個(gè)最關(guān)鍵的指標(biāo)上可能將逐漸被鈣鈦礦技術(shù)所超越。