鈣鈦礦：下一個(gè)顛覆者？

文 | 本刊記者 李帥

一百多年前，法國物理學(xué)家A.E.貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)（光伏），而后物理學(xué)規(guī)律下的太陽能電池能量轉(zhuǎn)化率最高可以達(dá)到33%，此后的漫長時(shí)間里，全世界的科學(xué)家都試圖接近這一理論極限。

光伏產(chǎn)業(yè)是能源史上技術(shù)迭代突出的產(chǎn)業(yè)之一，電池材料、技術(shù)在效率和效益的倒逼下不斷掀起新的產(chǎn)業(yè)潮流。在當(dāng)前太陽能電池領(lǐng)域，晶體硅電池稱王已是不爭(zhēng)的事實(shí)。1954年，第一塊現(xiàn)代太陽能電池在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后的光電轉(zhuǎn)換效率僅為6%。65年后，晶體硅電池的最高效率已經(jīng)超過26%，全球的光伏電站也被藍(lán)色的多晶硅組件和黑色的單晶硅組件瓜分殆盡。

但在物理法則下，晶體硅電池的效率提升之路正變得越來越窄。在通往其29%的極限效率終點(diǎn)過程中，每0.1個(gè)百分點(diǎn)的提升都意味著人類在科研上對(duì)一座珠峰的征服。

即便晶體硅電池在當(dāng)下仍然占據(jù)著太陽能電池的王位，但在時(shí)間隧道的隱秘之處，新的光伏顛覆者似乎已經(jīng)磨刀霍霍。尤為注意的是，相比而言它只用了10年時(shí)間便拿出了媲美晶體硅電池65年所取得效率的成績(jī)單。

這個(gè)新的顛覆者就是鈣鈦礦電池，是晶體硅電池、薄膜電池之后的第三代光伏電池之中的突圍者。

2009年，鈣鈦礦電池第一次面世時(shí)的效率只有3.8%，但是10年后的今天，鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率便躍升至25.2%，疊加鈣鈦礦電池在晶體硅之上的效率更是高達(dá)28%。

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%。

2.“兩童”的司法保護(hù)狀況。自1984年在上海成立第一個(gè)少年法庭，開始了中國少年司法制度的發(fā)展進(jìn)程。無論從立法層面、司法層面，還是從社會(huì)關(guān)注層面、社會(huì)配套體系來講，少年法庭成立以來有一個(gè)不斷漸進(jìn)發(fā)展的過程，這也是中國特色少年審判制度的形成過程。

8月底，當(dāng)記者到訪纖納光電時(shí)，姚冀眾正忙著準(zhǔn)備接待另一波重要的客人。進(jìn)入公司后，除了公司的標(biāo)志性logo——象征太陽的三足烏，“歡迎三峽集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)蒞臨指導(dǎo)”的藍(lán)色木牌醒目地的立在接待臺(tái)旁。

盡管鈣鈦礦電池目前在穩(wěn)定性、大面積制備等方面還存在問題，但是其飛速提升的效率和發(fā)展前景已經(jīng)讓包括三峽集團(tuán)、金風(fēng)科技、協(xié)鑫集團(tuán)、通威以及國際上的牛津光伏等能源企業(yè)大筆的投入資金。

儀器的最佳工作參數(shù)設(shè)置列在表1。在該條件下激發(fā)高純錫樣品，其錫基體的質(zhì)譜峰對(duì)稱性好，強(qiáng)度大小合適，峰型標(biāo)準(zhǔn)，滿足檢測(cè)的基本條件。

與此同時(shí)，針對(duì)鈣鈦礦電池中的種種問題，中國、韓國、日本、美國、英國、瑞士等國的眾多頂級(jí)科研院校近年來頻頻取得突破。2018年至今在《自然》和《科學(xué)》上發(fā)表的關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池/LED的論文便高達(dá)16篇，其中有8篇來自中國或外籍華人之手。

資本的嗅覺是商業(yè)的風(fēng)向標(biāo)。種種跡象表明，鈣鈦礦似乎正以新的顛覆者的角色殺入產(chǎn)業(yè)，它能真正成為下一個(gè)攪動(dòng)產(chǎn)業(yè)風(fēng)云、催生商業(yè)浪潮的革命者嗎？

實(shí)驗(yàn)室新寵

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）是光伏世界各類產(chǎn)品效率比拼最權(quán)威的競(jìng)技臺(tái)，2019年，這家在業(yè)內(nèi)聲名顯赫的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一份報(bào)告，這份報(bào)告中有一張1976年到現(xiàn)在的一系列光伏技術(shù)研究電池的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表，從這張表上可以看到太陽能電池技術(shù)發(fā)展最前沿的科研成果。

在NREL發(fā)布的太陽能電池效率圖表中，晶體硅電池技術(shù)、薄膜技術(shù)和新興光電技術(shù)是最為人所關(guān)注的三類效率曲線，目前光伏產(chǎn)業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)均出自這三類電池技術(shù)，分別用藍(lán)色、綠色和黃色區(qū)分。

鈣鈦礦電池便是新興光電技術(shù)的黃色區(qū)域中的一員。

1839年，德國化學(xué)家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山探險(xiǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一種鈣鈦礦——天然礦物鈦酸鈣（CaTiO），從此以后，學(xué)術(shù)界的研究人員便把所有具有ABX結(jié)構(gòu)的晶體材料統(tǒng)稱為鈣鈦礦。

2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka率先將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽能電池作為吸光材料，獲得了3.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。自此之后，鈣鈦礦電池成為國內(nèi)外頂尖高校實(shí)驗(yàn)室研究的目標(biāo)。

“鈣鈦礦電池在穩(wěn)定性和有毒物質(zhì)鉛方面還存在一定的問題，但是它確確實(shí)實(shí)引起了研究界的注意力。”9月4日，在第二屆中澳科學(xué)未來會(huì)議上，對(duì)于鈣鈦礦，素有“光伏之父”之稱的悉尼新南威爾士大學(xué)（UNSW Sydney）馬丁·格林（Martin Green）教授接受《能源》雜志記者采訪時(shí)說。

2013年12月20日，鈣鈦礦入選美國《科學(xué)》2013年十大科學(xué)突破。

“這種新一代太陽能電池材料在過去一年中獲得大量關(guān)注，它比傳統(tǒng)的硅電池要更便宜且更易生產(chǎn)。鈣鈦礦電池還不及商用太陽能電池那樣有效，但正以飛快的速度改進(jìn)。”《科學(xué)》如此描述。

“維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定也是我們義不容辭的責(zé)任。”謝清森說，“我們?cè)诨疖囌镜氖燮睆d、廣場(chǎng)、進(jìn)站口、乘客打的候車區(qū)等場(chǎng)所進(jìn)行重點(diǎn)巡邏，協(xié)助公安機(jī)關(guān)盤查長時(shí)間逗留人員，有效震懾了犯罪。”為了提高震懾力，七兵堂自費(fèi)為“反恐處突突擊隊(duì)”配備了鋼叉、盾牌、橡膠警棍、抓捕器和消防毯、滅火器等必要防護(hù)和應(yīng)急裝備。隊(duì)員們集中駐扎、集中食宿，平時(shí)負(fù)責(zé)本單位的巡邏守護(hù)，一旦發(fā)生突發(fā)事件，隨時(shí)集結(jié)，參與反恐維穩(wěn)。

在鈣鈦礦電池面世八年之后的2017年，Tsutomu Miyasaka又與韓國成均館大學(xué)Nam-Gyu Park、教授牛津大學(xué)物理學(xué)Henry J. Snaith教授因共同發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)有效的能源轉(zhuǎn)換，榮獲化學(xué)領(lǐng)域2017年度“引文桂冠獎(jiǎng)”（對(duì)遴選出的可能摘取諾貝爾獎(jiǎng)的全球最具影響力的研究人員所頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)，自2002年以來，每年發(fā)布的引文桂冠獎(jiǎng)已成功預(yù)測(cè)了39位諾貝爾獎(jiǎng)得主）。此時(shí)鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)突破了20%。

2019年8月2日，NREL發(fā)布了最新的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表。新興光電技術(shù)中，由韓國化學(xué)技術(shù)研究所和麻省理工學(xué)院共同創(chuàng)造的鈣鈦礦電池的最高效率達(dá)到25.2%，成為新興光電技術(shù)中首個(gè)超越第二代薄膜電池（最高效率為銅銦鎵硒電池的23.4%），擠入晶體硅電池最高效率行列的三代光伏電池技術(shù)。

2019年6月，科技部發(fā)布《國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”等重點(diǎn)專項(xiàng)2019年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，其中在太陽能行業(yè)便率先提到了開展穩(wěn)定大面積鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)及成套技術(shù)研發(fā)。關(guān)鍵指標(biāo)方面要求大面積鈣鈦礦光伏電池效率≥19%（面積＞20cm×20cm），室溫25℃，AM1.5光照1000小時(shí)后，效率衰減≤10%。

人類習(xí)慣于把生活看作是一場(chǎng)關(guān)于決定的戲劇。自由民主和自由市場(chǎng)資本主義將個(gè)人視為不斷對(duì)世界作出選擇的自主個(gè)體。無論是莎士比亞的戲劇、簡(jiǎn)·奧斯汀的小說還是俗氣的好萊塢喜劇，藝術(shù)作品的主題通常是英雄做出的一些至關(guān)重要的決定。生存還是毀滅？聽妻子的話殺了鄧肯國王還是遵循良心而寬恕他？嫁給柯林斯先生還是達(dá)西先生？基督教和穆斯林神學(xué)同樣關(guān)注選擇的戲劇性，認(rèn)為永恒的救贖取決于做出正確的選擇。

白藜蘆醇原料藥組對(duì)4種細(xì)菌抗菌活性較低，體外抑菌率均不足50%，而白藜蘆醇DPPC脂質(zhì)粉霧劑組在高質(zhì)量濃度（4.00 mg/mL）下對(duì)金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌有抗菌作用，且隨著藥物質(zhì)量濃度增加，對(duì)細(xì)菌增殖抑制作用逐漸增強(qiáng)，尤其是對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌抑制作用最強(qiáng)（MIC為2.0 mg/mL，圖6）。這表明DPPC脂質(zhì)粉霧劑改善白藜蘆醇的溶解性，提高藥物擴(kuò)散效果，同時(shí)DPPC脂質(zhì)有助于促進(jìn)藥物穿透細(xì)菌細(xì)胞壁，提高藥物抗菌效果。

潮起前夜

八月的杭州天氣異常悶熱，在余杭區(qū)未來研創(chuàng)園的屋頂上有一個(gè)鈣鈦礦組件小屋，從地圖上看，未來研創(chuàng)園的主體辦公樓像是一個(gè)“U”型磁鐵，屋頂被大片藍(lán)色多晶硅組件覆蓋，除了不遠(yuǎn)處一個(gè)無人機(jī)起飛點(diǎn)，鈣鈦礦組件小屋顯得十分特別。

這個(gè)帶著產(chǎn)學(xué)研性質(zhì)的鈣鈦礦組件小屋的搭建者便是姚冀眾。姚冀眾本科畢業(yè)于浙江大學(xué)光電系和澳洲新南威爾士州大學(xué)光伏學(xué)院，博士畢業(yè)于倫敦帝國理工學(xué)院，從事光伏半導(dǎo)體新材料的研究，他在讀博期間師從著名有機(jī)光伏權(quán)威、英國皇家科學(xué)院院士Jenny Nelson教授。博士期間，研究有機(jī)和混合型薄膜太陽能電池內(nèi)的新型表征技術(shù)，尋求減少能量損失的方法。

2015年7月，姚冀眾聯(lián)合顏步一這位志同道合的浙大校友在杭州未來科技城一起創(chuàng)辦了國內(nèi)第一家鈣鈦礦新材料的商業(yè)化科技公司——纖納光電。

在成立一年半時(shí)間之后，纖納光電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，纖納光電分別在2017年5月、2017年12月、2018年7月三次刷新了該記錄，目前的效率已經(jīng)達(dá)到17.9%，穩(wěn)態(tài)功率輸出效率達(dá)到17.3%。

通過研究分?jǐn)?shù)的發(fā)展史，Park等[11]發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)概念主要是通過“部分/整體”、“測(cè)量”、“除法”、“集合論”這四種途徑產(chǎn)生的.

而在更大面積的鈣鈦礦組件方面，NREL發(fā)布的效率圖顯示，纖納光電的首條20MW鈣鈦礦量產(chǎn)產(chǎn)線的鈣鈦礦量產(chǎn)模組（200cm-800cm）效率達(dá)到11.98%，打破了日本東芝公司保持的前世界紀(jì)錄。

相比纖納光電的低調(diào)，另一家國內(nèi)較為知名的鈣鈦礦公司——蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司（下簡(jiǎn)稱“協(xié)鑫納米”）押注的籌碼則更大。協(xié)鑫納米所研發(fā)的鈣鈦礦組件不僅面積更大，在效率方面的結(jié)果也相對(duì)較高，甚至達(dá)到許多機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的水平。

協(xié)鑫納米鈣鈦礦組件

2010年，從瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)畢業(yè)后的范斌創(chuàng)立了廈門惟華光能有限公司（下簡(jiǎn)稱“廈門惟華”），從2013年開始轉(zhuǎn)向鈣鈦礦光伏技術(shù)的開發(fā)，那一年鈣鈦礦電池橫空出世，引發(fā)科學(xué)界的研究熱潮。

2015年，廈門惟華建成第一條鈣鈦礦組件試驗(yàn)生產(chǎn)線，并在一年后被協(xié)鑫集團(tuán)并購，在蘇州成立了現(xiàn)在的協(xié)鑫納米。

截至目前，協(xié)鑫納米具備一條10MW的鈣鈦礦中試產(chǎn)線，并取得光伏組件認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國萊茵TüV認(rèn)證的1200cm有效面積上13.5%的鈣鈦礦組件效率認(rèn)證。

“目前我們更高效率的組件正在認(rèn)證中，預(yù)計(jì)效率將達(dá)到17%以上。協(xié)鑫納米的鈣鈦礦組件效率驗(yàn)證結(jié)果高，但是很多人即便來實(shí)地看過后也不敢相信。但是我們既然有第三方的認(rèn)證結(jié)果，也不需要向別人解釋為什么。”范斌對(duì)記者說。

樁頂冠梁采用C25砼澆筑，尺寸為400 mm×400 mm，鋼筋保護(hù)層厚度為50 mm，主筋用Φ18 HRB335鋼筋，采用焊接連接，搭接長度單面焊為10d，雙面面焊為5d(d為鋼筋直徑)。冠梁施工時(shí)應(yīng)清理樁頂，并確保樁頂嵌入冠梁不小于100 mm。

目前，鈣鈦礦電池25.2%的最高效率是在實(shí)驗(yàn)室取得的，電池面積小于1cm，且屬于非穩(wěn)態(tài)。但伴隨著實(shí)驗(yàn)室成果的持續(xù)突破，鈣鈦礦電池正在走出象牙塔，向著更大面積、更加穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)化要求進(jìn)擊。

與纖納光電略有不同，協(xié)鑫納米在蘇州工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)線是隱藏在工廠的房間里，透過房間大小不一窗口，只能大概看到房間里的設(shè)備。在行業(yè)其他參與者都在厲兵秣馬迎接下一波技術(shù)革命時(shí)，協(xié)鑫納米這些房間里藏著的秘密也就顯得更為神秘。

馬英壯認(rèn)為，雖然大家非常關(guān)注鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性，但這并不代表它的壽命一定會(huì)低。鈣鈦礦電池分解的主要原因是水汽，如果能把水汽隔絕掉，能夠達(dá)到光伏組件實(shí)際使用要求。所以，目前鈣鈦礦電池壽命低是因?yàn)闆]有很好的保護(hù)方法，所用的封裝工藝基本都是沿襲的晶體硅電池，后期針對(duì)封裝必然要進(jìn)行優(yōu)化。

在協(xié)鑫納米產(chǎn)線工程師馬英壯看來，作為光伏產(chǎn)業(yè)的一部分，鈣鈦礦的產(chǎn)品必須要考慮以后的市場(chǎng)推廣，“我們一開始便是做的大組件鈣鈦礦產(chǎn)品，配套的設(shè)備都是圍繞這些研發(fā)，一切的出發(fā)點(diǎn)都是產(chǎn)品能否真正投入應(yīng)用，而不是單純的追求效率。”

2001年3月26日，中國成立最早、自主研發(fā)能力最強(qiáng)的風(fēng)電設(shè)備研發(fā)及制造企業(yè)之一——新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下簡(jiǎn)稱“金風(fēng)科技”）成立，中國水利投資集團(tuán)公司（三峽新能源前身）便是發(fā)起人之一。如今，金風(fēng)科技已成為全球最大的風(fēng)機(jī)制造商之一。

采用德國西門子PLC公司生產(chǎn)的S7200 CPU22X系列產(chǎn)品，其可靠性、擴(kuò)展性、維護(hù)性等功能良好[10]，實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)電磁閥的控制及各設(shè)備操作程序要求功能。系統(tǒng)由接近開關(guān)傳感器、電磁閥、調(diào)壓電源、電器控制柜等組成了硬件控制電路，軟件設(shè)計(jì)包括輸入/輸出分配表、程序流程圖的編寫等，最后結(jié)合硬件進(jìn)行調(diào)試。PLC程控電路見圖10。

“最近在忙籌資，目前已經(jīng)有多家公司有意向投資100MW項(xiàng)目。”范斌向記者透露。

在晶體硅電池中，單晶電池在初期2-3個(gè)月的光照情況下，光致衰減達(dá)到峰值，一般為3%左右，稱為初始光衰（LID）現(xiàn)象。第一年累計(jì)衰減2.5%左右，以后每年衰減不超過0.55%；多晶電池基本不存在LID現(xiàn)象，但是隨著光照時(shí)間的延長，多晶電池功率持續(xù)衰退直至較低水平，通常多晶電池第一年衰減2.5%，以后平均每年衰減0.73%左右。

而作為傳統(tǒng)光伏企業(yè)的通威、漢能在鈣鈦礦電池方面也有布局，但是目前大多數(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。“目前公司沒有鈣鈦礦太陽電池的量產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)線，暫未向市場(chǎng)銷售鈣鈦礦太陽電池，仍然聚焦于實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦材料制備、合成表征和與晶硅電池的疊層方案探索。”一位通威內(nèi)部人士告訴記者。

大玩家入局

“現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)室中鈣鈦礦電池已經(jīng)和晶硅最高效率相當(dāng)，大面積的鈣鈦礦電池組件的效率基本上可以做到每年提升一個(gè)半百分點(diǎn)，同時(shí)解決一些穩(wěn)定性的問題，這樣經(jīng)過3～4年的時(shí)間，鈣鈦礦電池可以達(dá)到目前晶體硅產(chǎn)線的效率水平。而且，鈣鈦礦相比晶體硅經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，所以這個(gè)時(shí)間可能會(huì)更短。”作為鈣鈦礦太陽能組件效率世界紀(jì)錄的保持者，杭州纖納光電科技有限公司（下簡(jiǎn)稱“纖納光電”）CEO姚冀眾接受《能源》記者采訪時(shí)說。

2014年3月1日，云南昆明發(fā)生嚴(yán)重恐怖暴力案件，社會(huì)治安面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。謝清森坐不住了，他接連幾天思考斟酌，總覺得應(yīng)該也有能力為社會(huì)做點(diǎn)什么。

2019年4月26日，長江三峽集團(tuán)旗下三峽資本聯(lián)合中國三峽新能源與纖納光電宣布，三峽資本以戰(zhàn)略投資者身份注資纖納光電，投資金額5000萬人民幣。四個(gè)月后的這一次到訪便屬于投資后的投后管理。

三峽新能源創(chuàng)投業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人邢相軍告訴記者：“早在2018年5月份，三峽新能源便對(duì)鈣鈦礦領(lǐng)域的優(yōu)秀標(biāo)的進(jìn)行調(diào)研，緊密跟蹤技術(shù)進(jìn)展，研究鈣鈦礦與三峽新能源戰(zhàn)略發(fā)展協(xié)同關(guān)系，公司后續(xù)將擇機(jī)加大對(duì)該領(lǐng)域優(yōu)秀標(biāo)的的戰(zhàn)略支持。”

妙用幾何直觀，使學(xué)生在類比溝通中明了算理。如設(shè)計(jì)鞏固練習(xí)題，讓學(xué)生運(yùn)用建立的幾何直觀，掌握同類問題的解題方法。

三峽新能源對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)投資并非孤例。

但協(xié)鑫納米還不滿足當(dāng)下的產(chǎn)能，協(xié)鑫納米現(xiàn)已開始籌建100MW級(jí)別的鈣鈦礦光伏組件量產(chǎn)生產(chǎn)線，投資規(guī)模為2億元。100MW量產(chǎn)線的設(shè)備采購將于2019年開始，計(jì)劃于2020年底完成硬件建設(shè)和工藝開發(fā)。

“對(duì)于新能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游的新技術(shù)，我們一直特別關(guān)注。從最早的風(fēng)機(jī)制造商金風(fēng)科技、葉片制造商中材科技，以及定轉(zhuǎn)子、反向平衡法蘭等風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件。鈣鈦礦作為第三代光伏技術(shù)中發(fā)展非常快的方向，我們一直在密切關(guān)注。”邢相軍補(bǔ)充道。

而作為三峽集團(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認(rèn)為，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的天花板顯然更高，而且效率提升非常快。不同技術(shù)類型電池技術(shù)除了一些特殊應(yīng)用場(chǎng)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。

而就在三峽集團(tuán)戰(zhàn)略投資鈣鈦礦的前一個(gè)月，金風(fēng)科技也宣布，以戰(zhàn)略投資者身份領(lǐng)投英國鈣鈦礦太陽能發(fā)電公司牛津光伏有限公司（下簡(jiǎn)稱“牛津光伏”）D輪融資（共計(jì)3500萬英鎊），投資金額2100萬英鎊。

“鈣鈦礦作為一個(gè)新的材料，從2017年開始展現(xiàn)出超過15%以上的效率時(shí)，金風(fēng)科技就已經(jīng)開始關(guān)注它，2018年鈣鈦礦電池效率超過20%時(shí)開始進(jìn)行正式研究。”接近金風(fēng)科技的知情人士王森（化名）對(duì)記者說。

牛津光伏是從牛津大學(xué)分離出來的一家公司，主要研究以晶硅作為底電池的鈣鈦礦疊層太陽能電池。“事實(shí)上，在關(guān)注到鈣鈦礦電池之后，金風(fēng)科技最先是在國內(nèi)調(diào)研了幾家鈣鈦礦的創(chuàng)業(yè)公司，主要是北京曜能科技有限公司和纖納光電。”王森告訴記者。

2017年3月，北京曜能科技有限公司（下簡(jiǎn)稱“曜能”）在北京成立，團(tuán)隊(duì)包含北京大學(xué)材料科學(xué)與工程系特聘研究員周歡萍和北京理工大學(xué)教授陳棋，兩者均師從美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）楊陽教授（在半導(dǎo)體材料與器件方面有超過20年的研究經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了該領(lǐng)域的多項(xiàng)世界紀(jì)錄，鈣鈦礦太陽能電池是主要研究方向之一）。

牛津光伏德國有限公司

2014年8月，楊陽的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》期刊發(fā)文，其鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到19.3%，一度創(chuàng)下該領(lǐng)域之最，周歡萍和陳棋是核心團(tuán)隊(duì)的成員。

“當(dāng)時(shí)曜能的估值大概3億人民幣，但是公司還偏早期，技術(shù)沒有定型，也沒有產(chǎn)線和相應(yīng)的產(chǎn)品。而纖納光電的估值比曜能要高一倍，達(dá)到6億人民幣，但是金風(fēng)科技認(rèn)為其技術(shù)路線面臨很大的挑戰(zhàn)，也沒有選擇投資。”王森補(bǔ)充道。

在國內(nèi)兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)沒有收獲的金風(fēng)科技將目光轉(zhuǎn)向了國外，并選中了最早對(duì)鈣鈦礦電池進(jìn)行深入研究的牛津光伏。而此時(shí)適逢牛津光伏進(jìn)行最新一輪的融資，雙方一拍即合。

一位分析人士告訴記者：“全球光伏看中國，近年來中國光伏市場(chǎng)在全球光伏市場(chǎng)中的地位舉足輕重，所以在做資本引資溝通時(shí)，牛津光伏本身也希望有一個(gè)中國資本進(jìn)入。但是由于擔(dān)心如果是一家光伏企業(yè)資本的話，會(huì)對(duì)經(jīng)營和研究指手畫腳，所以牛津光伏最后和金風(fēng)科技比較合拍。”

截至7月3日，牛津光伏完成D輪融資，包括此前的3500萬英鎊，共獲得了6500萬英鎊的投資。此后產(chǎn)生的投資主要來自瑞士設(shè)備供應(yīng)商梅耶博格（Meyer Burger）。根據(jù)雙方投資協(xié)議條款，梅耶博格收購了牛津光伏18.8%的股權(quán)，并將在位于德國哈弗爾河畔勃蘭登堡的牛津光伏工廠安裝200MW異質(zhì)結(jié)太陽能電池生產(chǎn)線，用于鈣鈦礦疊層電池的生產(chǎn)。

同樣看中鈣鈦礦晶硅疊層電池的還有一家國內(nèi)光伏巨頭——通威集團(tuán)。2019年，通威成立鈣鈦礦團(tuán)隊(duì)，采用的便是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技術(shù)路線。

2019年，在全球最為知名的太陽能展會(huì)SNEC上，通威和西南石油大學(xué)共同推出了大面積156.75mmx156.75mm鈣鈦礦小組件（非常規(guī)版型），并宣稱將在鈣鈦礦晶硅疊層太陽電池穩(wěn)定性方面做改進(jìn)。

“在兩年前，我們注意到鈣鈦礦太陽電池有從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的可能。目前，通威在鈣鈦礦和晶硅疊層太陽電池研究項(xiàng)目中，正處于起步階段。未來5年，通威的規(guī)劃是聚焦于大尺寸疊層高效、穩(wěn)定鈣鈦礦電池的研究。”通威內(nèi)部人士回應(yīng)記者時(shí)稱。

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(píng)估進(jìn)行疊層鈣鈦礦電池的可穩(wěn)定規(guī)模化制造性和產(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。

現(xiàn)實(shí)的三座大山

在實(shí)驗(yàn)室中，為了追求極致的效率和性能，新技術(shù)的研究往往是不計(jì)代價(jià)的。但是新技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)驗(yàn)室中許多忽略的代價(jià)都將成為聚光燈下為人所爭(zhēng)議的問題。

鈣鈦礦電池也不例外，盡管其效率上限高、工藝簡(jiǎn)單、發(fā)展速度快的實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)足夠驚艷，但是走出實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦電池還需要面對(duì)更多的挑戰(zhàn)。不穩(wěn)定、有毒和面積小便是其不得不面對(duì)的三座大山。

澳大利亞先進(jìn)光伏中心

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(chǎng)、溫度、水氧等作用的影響會(huì)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(huì)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。

中國水利：從一個(gè)產(chǎn)品單一的軍工廠到一個(gè)擁有多項(xiàng)專有技術(shù)的上市公司，新興鑄管不斷取得跨越式發(fā)展，請(qǐng)問企業(yè)是如何實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的？

面對(duì)鈣鈦礦電池技術(shù)的洶涌發(fā)展，在晶體硅電池方面獲得巨大成功的馬丁·格林教授也指出其在穩(wěn)定性方面的弊病。

“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(chǎng)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。”馬丁·格林一針見血地指出。

在國內(nèi)，除了纖納光電和協(xié)鑫納米的生產(chǎn)線之外，華中科技大學(xué)韓宏偉教授團(tuán)隊(duì)以印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)為核心，2016年成立的湖北萬度光能目前可以生產(chǎn)出60cm×60cm的鈣鈦礦組件，但是尚未有公開的效率認(rèn)證消息。

但今年7月份，一篇發(fā)表在《自然》上利用離子液體提高鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的文章指出，其所研究的鈣鈦礦太陽能電池在70-75℃的全光譜太陽光照射下連續(xù)運(yùn)行超過1800小時(shí)（75天）后，最穩(wěn)定的封裝器件的性能僅下降了5%左右；此外，器件下降到其峰值性能的80%所需的時(shí)間約是5200小時(shí)（216天）。

加特可（廣州）自動(dòng)變速器有限公司是加特可株式會(huì)社在海外獨(dú)資設(shè)立的第二家生產(chǎn)基地。公司于2007年4月在以高新技術(shù)為主導(dǎo)的廣州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)科學(xué)城成立，注冊(cè)資金7 500萬美元，主要生產(chǎn)無級(jí)自動(dòng)變速器（CVT）。公司在2012年4月成立了“加特可中國品質(zhì)技術(shù)中心”，該中心集顧客品質(zhì)保證、SQA、開發(fā)和采購等功能于一體，形成以組織形式對(duì)市場(chǎng)品質(zhì)、車輛適用開發(fā)和零部件國產(chǎn)化作出高效反應(yīng)的機(jī)制。

事實(shí)上，小面積鈣鈦礦和大面積的鈣鈦礦工藝完全不同，實(shí)驗(yàn)室通常用的是旋涂法，這一方法對(duì)于制作大面積鈣鈦礦組件并不適用。協(xié)鑫納米的大面積組件采用的是涂布工藝，目前在做的是45cm×65cm的鈣鈦礦組件，后期計(jì)劃擴(kuò)大到1m×2m的面積。

在穩(wěn)定性之外，大多數(shù)鈣鈦礦電池中含有有毒物質(zhì)鉛，這也成為其另一個(gè)為人所詬病的缺點(diǎn)。

“現(xiàn)在大部分的鈣鈦礦材料中都含有重金屬鉛，這可能會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生不良影響。此外，鈣態(tài)礦還能夠溶于水，一旦析出到周圍環(huán)境中，無疑將會(huì)產(chǎn)生污染。現(xiàn)在有很多研究人員在考慮能不能把鉛分離出來，但是目前還有一些困難。”馬丁·格林補(bǔ)充道。

上海科技大學(xué)教授寧志軍則獨(dú)辟蹊徑，所走的路線是非鉛鈣鈦礦電池。寧志軍的非鉛鈣鈦礦電池指的是用錫替代鈣鈦礦具電池中的鉛，制作出來的鈣鈦礦電池比鉛鈣鈦礦更接近太陽能電池材料的理想帶隙，具有更高的理論光電轉(zhuǎn)化效率。

三是在工程建設(shè)領(lǐng)域開展的評(píng)獎(jiǎng)和示范項(xiàng)目以及鋼鐵行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品評(píng)優(yōu)活動(dòng)中，將高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用情況作為參評(píng)或獲獎(jiǎng)的條件之一，由此促進(jìn)工程建設(shè)的各參與主體使用高強(qiáng)鋼筋。

目前，錫鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了9.41%的光電轉(zhuǎn)化效率，是目前穩(wěn)態(tài)輸出效率最高的非鉛鈣鈦礦太陽能電池。但錫鈣鈦礦穩(wěn)定性同樣較差，極大限制了錫鈣鈦礦電池效率的提高。如何提高材料的穩(wěn)定性是目前錫鈣鈦礦太陽能電池開發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)。

除了穩(wěn)定性和毒性這些材料本身的問題，能否制備出大面積的鈣鈦礦電池也是非常現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)。即便是目前協(xié)鑫納米所做的目前全球最大的鈣鈦礦組件，其1200cm的組件面積仍不足目前常規(guī)晶體硅電池組件（1.6m）的十分之一。

王森認(rèn)為，大家之所以選擇鈣鈦礦電池技術(shù)，根本的原因就在于它能夠產(chǎn)生一個(gè)更高的效率。但是單結(jié)的鈣鈦礦電池想在超過1m的面積上實(shí)現(xiàn)超過20%效率的產(chǎn)品，難度非常大。而鈣鈦礦的晶體硅疊層電池只需要做到和晶體硅的M2（156.75mm）或者M(jìn)4（161.7mm）硅片一個(gè)尺寸，然后通過封裝實(shí)現(xiàn)大面積，這種方式相比直接沉積一個(gè)大面積的尺寸要容易的多。

毋庸置疑，處于產(chǎn)業(yè)化初期階段的鈣鈦礦電池顯得有些勢(shì)單力薄，一方面產(chǎn)業(yè)鏈上下游幾近空白，相應(yīng)的設(shè)備、原料都要自力更生；另一方面，許多的鈣鈦礦產(chǎn)品都是首次面世，缺乏相應(yīng)的效率測(cè)試和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

公開信息報(bào)道顯示，協(xié)鑫納米1200cm的鈣鈦礦電池組件是目前已有的最大面積的鈣鈦礦產(chǎn)品，其效率測(cè)試和認(rèn)證由德國萊茵TüV完成。“鈣鈦礦電池效率的檢測(cè)在技術(shù)上并不復(fù)雜，但是如果形成標(biāo)準(zhǔn)化還需要得到行業(yè)的認(rèn)可。我們已經(jīng)做了一些鈣鈦礦電池的檢測(cè)，但是正式的檢測(cè)方法、標(biāo)準(zhǔn)還沒有公開，后續(xù)會(huì)向公眾公布。”德國萊茵TüV大中華區(qū)太陽能服務(wù)副總裁鄒馳騁告訴記者。

對(duì)于鈣鈦礦電池的效率認(rèn)證，馬丁·格林認(rèn)為：“鈣鈦礦不是特別穩(wěn)定，所以它的效率檢測(cè)相比標(biāo)準(zhǔn)硅電池更加困難，現(xiàn)在用的不同的檢測(cè)方法和流程來對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)，基本上只能做小范圍的，因?yàn)樘柲苣M器比較小，只能覆蓋一個(gè)地方。如果做大規(guī)模的檢測(cè)，只能在室外，但是對(duì)于鈣鈦礦而言就非常困難，因?yàn)闄z測(cè)程序非常復(fù)雜。”

9月10日下午，在溫州舉行的智慧能源與綠色發(fā)展論壇上，寧志軍做了題為《鈣鈦礦太陽能電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》的演講，他說，如果鈣鈦礦電池達(dá)到20%的效率，總的成本大概可以控制到1元/瓦。

“鈣鈦礦電池本身材料很便宜，只占到14%左右的成本，主要成本來自導(dǎo)電玻璃，如果導(dǎo)電玻璃大規(guī)模生產(chǎn)，鈣鈦礦電池成本將進(jìn)一步降低。在效率達(dá)到20%的前提下，鈣鈦礦電池的度電成本將小于0.2元/千瓦時(shí)。如果效率進(jìn)一步提高，那么使用鈣鈦礦電池后的度電成本可能會(huì)進(jìn)一步降低。”寧志軍說。

但，誠如寧志軍所言，一切都還只是設(shè)想。當(dāng)下火熱的鈣鈦礦電池想要真正成為光伏顛覆者，前半程的技術(shù)潛力已經(jīng)讓世人感到震撼，而后半程能否跨越不穩(wěn)定、有毒和小面積這三座大山，尚未有人能給出答案。