2021一開年，如果說有哪些市場機遇值得關(guān)注，光伏板塊無疑位列其中。

去年10月13日，國際能源署(International Energy Agency，IEA)發(fā)布了長達464頁的《2020年世界能源展望》(World Energy Outlook 2020)(以下簡稱《展望》)，概述了新冠疫情對全球能源的影響。

最終，《展望》得出的結(jié)論是——目前世界領(lǐng)先的太陽能發(fā)電技術(shù)正提供著“史上最便宜的電力”，其價格比大多數(shù)主要國家的煤炭和天然氣更低。

IEA表示，在條件最好的地區(qū)，在獲得最有利的政策支持和資金的情況下，太陽能的發(fā)電成本可以做到“20美元/MWH或更低”，即每度電低于1毛3分錢。

而且，IEA預(yù)測，到2040年，太陽能發(fā)電量將比2018年的預(yù)期多出43%，太陽能發(fā)電的成本比預(yù)期低20-50%。

值得注意的是，IEA所做的這個預(yù)測有一個基礎(chǔ)前提——太陽能板的光電轉(zhuǎn)換效率只需維持在當(dāng)前15%-25%的“低效率”。

但現(xiàn)在，真正的Game Changer來了!以鈣鈦礦為代表的第三代光伏技術(shù)即將帶領(lǐng)太陽能邁過“30%”的效率門檻。在未來兩年內(nèi)，商業(yè)化的鈣鈦礦(Perovskite)太陽能板也將量產(chǎn)上市，屆時，光伏能源所蘊藏的力量將逐漸顯露。

新紀錄!

在剛剛過去的2020年12月，美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory，NREL)認證了英國初創(chuàng)公司牛津光伏(Oxford PV)的一項新紀錄。

NREL證實，涂有鈣鈦礦的單片太陽能板可以將29.52%的入射太陽能轉(zhuǎn)化為電能。而根據(jù)NREL自己的基準，傳統(tǒng)的硅基太陽能板的最大光電轉(zhuǎn)換效率也就是27.6%。

牛津光伏表示，他們有希望很快跨入“30%”時代。按照目前的速度，該公司預(yù)計在四年內(nèi)制造出效率為33%的太陽能板。

去年9月，該公司與牛津大學(xué)啟動了一項500萬英鎊的五年期聯(lián)合研究計劃，旨在達到37%的光電轉(zhuǎn)換效率。如果該計劃成功，其結(jié)果將是太陽能板的能力幾乎是當(dāng)今商業(yè)太陽能板的兩倍。

無獨有偶，牛津光伏的一個競爭對手——德國研究機構(gòu)柏林赫爾姆霍茲中心(Helmholtz-Zentrum Berlin)的鈣鈦礦太陽能板已經(jīng)達到了29.15%的效率，并期望能夠繼續(xù)提升到32.4%。

牛津光伏的首席技術(shù)官克里斯 凱斯(Chris Case)在談到他們公司的鈣鈦礦太陽能板時表示：“我們希望這項技術(shù)能夠改變光伏的面貌，并加速太陽能的應(yīng)用。”

Chris Case表示，他們采用的是一種串聯(lián)方法——在普通硅片上鍍上一層薄膜狀的鈣鈦礦材料，由于鈣鈦礦層可以吸收較短的波長，而硅層可以吸收較長的波長，所以改造后的太陽能板可以捕獲更多的太陽輻射。

為了提高效率，牛津光伏預(yù)計將完善太陽能板的涂層和防反射層，并去除缺陷和雜質(zhì)。

牛津光伏首席執(zhí)行官Frank Averdung表示，牛津光伏預(yù)計將在2022年初開始向公眾銷售其鈣鈦礦太陽能板。這將使其成為第一家將這種產(chǎn)品推向全球太陽能市場的公司。

一直以來，世界各地的公司和大學(xué)都試圖將鈣鈦礦作為未來硅的潛在替代品，以使可再生能源更加經(jīng)濟實惠、更加方便。

不過，早期的鈣鈦礦太陽能板原型不穩(wěn)定，而且很快就會退化。但在過去十年中，研究人員穩(wěn)步提高了室內(nèi)和室外應(yīng)用的鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性和耐久性。

以牛津光伏為例，他們從英國牛津大學(xué)剝離出來已有10年歷史。目前，他們正在將其位于德國的試驗工廠擴大為一個100兆瓦產(chǎn)能的太陽能板工廠。此前，該公司已經(jīng)對該技術(shù)進行了一年多的實地測試。

“到目前為止，數(shù)據(jù)顯示這些太陽能板的性能與現(xiàn)有的商業(yè)產(chǎn)品相當(dāng)，我們沒有看到任何退化，”Case說，“預(yù)計它們的壽命肯定會和目前最好的太陽能板一樣長，甚至更長。”

Averdung說，牛津光伏生產(chǎn)線上的第一批產(chǎn)品的效率將比任何其他商用太陽能板高26%。該公司預(yù)計，使用其技術(shù)的住宅屋頂太陽能項目，在使用相同數(shù)量的太陽能板的情況下，其發(fā)電量將比現(xiàn)有裝置多20%。

何謂“鈣鈦礦”?

雖然鈣鈦礦太陽能板的發(fā)展十分引人注目，但也就在七年前，鈣鈦礦太陽能產(chǎn)業(yè)還不存在，十足的朝陽產(chǎn)業(yè)。

現(xiàn)今，全球有幾十家公司正在爭相將這項技術(shù)推向市場，數(shù)百名研究人員正在研究新的鈣鈦礦材料和加工方法，并完善他們對設(shè)備工作原理的理解。單單是2018年，關(guān)于鈣鈦礦的學(xué)術(shù)論文數(shù)量就突破了5,000篇。

在短短10年時間里，鈣鈦礦已經(jīng)從繁瑣的、低效率的實驗設(shè)備發(fā)展成為達到或超過傳統(tǒng)太陽能板的商業(yè)級產(chǎn)品，其光電轉(zhuǎn)化效率從3.8%迅速發(fā)展到目前25.5%的認證效率。

鈣鈦礦最初是指一種含有鈣、鈦和氧的礦物，于1839年首次被發(fā)現(xiàn)。自此，這個詞就包含了一大類與礦物具有相同晶體結(jié)構(gòu)的化合物。它們的化學(xué)成分被簡寫為AMX3，其中A通常是有機分子，M是金屬(如鉛或錫)，X是鹵素(如碘或氯)。

無論化學(xué)成分如何，任何鈣鈦礦太陽能板都必須滿足商業(yè)化的三個基本標準：穩(wěn)定性、效率和可擴展性。

Case表示，他的公司已經(jīng)解決了這三個問題，將硅薄膜和鈣鈦礦結(jié)合成一個“串聯(lián)”太陽能板，可以使用今天太陽能板的制造方法生產(chǎn)。

“要制造一個轉(zhuǎn)化效率為26%甚至30%的串聯(lián)太陽能板，你只需要一個效率在15%到17%的鈣鈦礦層，再加上一個效率為20%的普通硅層。”Case解釋道。

“我們正處于歷史上的一個轉(zhuǎn)折點，”Case說，“鈣鈦礦將確保太陽能的勝利，即便是世界上最大的石油公司也無法阻止它。”

鈣鈦礦之所以如此吸引人，是因為這種材料在將光轉(zhuǎn)化為電能方面比硅好得多。

國家可再生能源實驗室(NREL)領(lǐng)導(dǎo)鈣鈦礦太陽能團隊的約瑟夫 貝里(Joseph Berry)曾說，“如果你正在尋找理想的太陽能材料，你永遠不會選擇硅。硅之所以成為占主導(dǎo)地位的材料，與集成電路以及太陽能的研發(fā)投入總額有關(guān)。”

“硅必須是純凈和完美的，才能擁有我們所渴望的特性，”Berry說，“但鈣鈦礦是可以容忍缺陷的。我們可以處理該材料的不良情況，并且仍然可以獲得具有競爭力的設(shè)備效率。”

另外，鈣鈦礦還適合于各種低成本的生產(chǎn)方法，包括旋轉(zhuǎn)涂層和輥對輥印刷。NREL的研究人員甚至已經(jīng)開發(fā)出了一種可以涂抹的鈣鈦礦墨水。

Berry預(yù)測，建造一座千兆瓦規(guī)模的鈣鈦礦太陽能板工廠的成本最終將是現(xiàn)在建造一座類似的硅太陽能板工廠成本的十分之一。

聚焦中國市場

可以確信，任何新興行業(yè)都離不開中國玩家的身影，牛津光伏也不是唯一一家開拓串聯(lián)鈣鈦礦太陽能的公司。其他參與者包括日本的東芝和松下，以及斯坦福大學(xué)的附屬公司Tandem PV。

與此同時，一些公司繼續(xù)押注于純鈣鈦礦太陽能板。中國的萬度光能(Wonder Solar)和纖納光電(Microquanta Semiconductor)、波蘭的Saule Technologies，以及美國初創(chuàng)公司Energy Materials Corp都位列其中。

湖北萬度光能有限責(zé)任公司成立于2016年8月，杭州纖納光電科技有限公司于2015年在杭州未來科技城創(chuàng)立，兩者的起步時間略早于牛津光伏的小批量試生產(chǎn)階段。

通過掛牌轉(zhuǎn)讓，萬度光能獲得華中科技大學(xué)韓宏偉教授團隊印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池核心專利及關(guān)鍵技術(shù)，其特點是：在單一導(dǎo)電襯底上通過逐層印刷方式涂覆三層介孔膜，制備可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池。

該太陽能光伏技術(shù)原材料來源豐富，制作工藝簡單，重復(fù)性好，器件效率穩(wěn)定性優(yōu)異，易于規(guī)模化制備，被視為新一代太陽能電池技術(shù)中的杰出代表。

從目前的發(fā)展階段來看，2020年10月17日，韓宏偉教授團隊提出了一種可靠的方法使可打印鈣鈦礦太陽能電池在55°C±5°C的最大功率點下工作了9,000小時以上，而沒有明顯的衰減。

另一方面，纖納光電的商業(yè)化速度似乎更快了一些。公司在浙江衢州建有全球首個鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)基地，項目一期廠房11,000平方米，已于今年7月31日落成投產(chǎn)，第一片鈣鈦礦光伏組件已成功下線。

纖納光電鈣鈦礦電池技術(shù)的材料成本僅為傳統(tǒng)光伏材料的1/20，大規(guī)模應(yīng)用后，發(fā)電成本可降低至目前傳統(tǒng)電池的一半左右，最終發(fā)電價格約為0.2-0.3元/度，可與當(dāng)前煤電價格相當(dāng)。

截至目前，纖納光電累計完成三輪融資，B輪由中國長江三峽集團領(lǐng)投。公司正處于科研成果轉(zhuǎn)化階段，杭開創(chuàng)新工廠、衢江沿江景觀帶等新型低碳能源建筑解決方案示范項目均已完成。

結(jié)語

縱觀全球，鈣鈦礦太陽能頭部企業(yè)均已經(jīng)進入設(shè)廠及小規(guī)模量產(chǎn)階段，中國公司在這方面并沒有明顯的落后。

但在攸關(guān)性能表現(xiàn)的光電轉(zhuǎn)換效率層面，無論是萬度光能還是纖納光電都稱不上杰出。2020年9月21日，2020中國可再生能源學(xué)術(shù)大會暨第二屆云南綠色能源國際論壇上，纖納光電18.04%的鈣鈦礦小組件(19.276cm )光電轉(zhuǎn)換效率成績被收錄其中，該成績刷新了2019年由公司自己保持的中國最高效率紀錄。

2020年10月，上?？萍即髮W(xué)寧志軍課題組在Cell Press(細胞出版社)旗下期刊Cell Reports Physical Science上發(fā)表文章，最新進展是實現(xiàn)了20.7%的效率和1000h的連續(xù)工作壽命。

顯而易見，這一效率目前尚且不能和傳統(tǒng)多晶硅太陽能板匹敵，遑論叫板牛津光伏這樣國際領(lǐng)先的鈣鈦礦太陽能龍頭企業(yè)。未來幾年，在發(fā)揮鈣鈦礦自身優(yōu)勢以搶奪一二代太陽能板市場的同時，提升光電轉(zhuǎn)換效率仍是國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的重中之重。