風(fēng)口上的鈣鈦礦：趟“無人區(qū)” 解“最痛點(diǎn)” 待“蝶變時(shí)”
超高的理論光電轉(zhuǎn)換效率、較大的成本優(yōu)勢以及廣泛的下游應(yīng)用市場，作為下一代最具競爭力的光電材料之一，鈣鈦礦電池在現(xiàn)階段晶硅體系占據(jù)絕對主導(dǎo)的光伏世界中“小荷才露尖尖角”。
回望過去的一年，符合光伏產(chǎn)業(yè)降本增效核心邏輯的鈣鈦礦電池，已然被資本之手?jǐn)嚪�。�?dāng)二級市場歸于平靜，當(dāng)產(chǎn)業(yè)化熱盼更趨理性，被視作能夠顛覆晶硅體系的第三代光伏電池技術(shù)，鈣鈦礦電池如何在2023年這一關(guān)鍵年份描繪自己的生長軌跡？其產(chǎn)業(yè)化時(shí)點(diǎn)是否會(huì)提前？行業(yè)發(fā)展還需解決哪些瓶頸？一旦產(chǎn)業(yè)化將對光伏產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生哪些影響？
帶著一系列問題，中國證券報(bào)記者前往蘇州、無錫、鎮(zhèn)江等地進(jìn)行調(diào)研。在與頭部鈣鈦礦企業(yè)的對話中，記者了解到，鈣鈦礦電池技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室中的“高光成績”正逐步向產(chǎn)業(yè)化落地層面邁進(jìn)�！爸性嚲�是今年重點(diǎn)發(fā)力方向。”不少受訪企業(yè)表示，正在緊鑼密鼓地規(guī)劃建設(shè)或調(diào)試完善百兆瓦級中試線，為GW級產(chǎn)線沖刺做準(zhǔn)備。
針對鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化所面臨的問題，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，除工藝端需要不斷探索試錯(cuò)外，設(shè)備端的技術(shù)實(shí)力也需要進(jìn)一步跟進(jìn)，兩者之間需要保持良性互動(dòng)以助推產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。至于產(chǎn)業(yè)化能否提前，今年一線企業(yè)的心態(tài)更加從容，相較未來的不確定性更著眼于當(dāng)下的每一天。
闖入“無人區(qū)”
“晶硅電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為29.43%，多年來產(chǎn)業(yè)界對這一上限的闖關(guān)屢次未果�！睂＜腋嬖V記者，相比之下，單結(jié)鈣鈦礦電池的理論效率極限為33%，全鈣鈦礦疊層電池理論效率高達(dá)45%，并且鈣鈦礦材料全部由自然界常見元素組成，規(guī)�；圃觳皇茉牧舷拗�。
自1839年人類在烏拉爾山脈首次發(fā)現(xiàn)礦物質(zhì)鈦酸鈣“CaTiO3”后，學(xué)術(shù)界對結(jié)構(gòu)式為“ABX3”形式且具有與“CaTiO3”相似晶體結(jié)構(gòu)材料的探索從未停止，此后為便于研究將其統(tǒng)稱為鈣鈦礦。時(shí)間之河蜿蜒流淌一個(gè)多世紀(jì)后，這一“非鈦非礦”的奇妙化合物在日本被“喚醒”，并以轉(zhuǎn)換效率“從3.8%到10%”的快速成長一戰(zhàn)成名，被業(yè)界公認(rèn)有望在太陽能電池的“最痛點(diǎn)”處閃爍其特有的光澤。
從發(fā)展脈絡(luò)來看，國內(nèi)企業(yè)對于鈣鈦礦電池技術(shù)的研發(fā)與國際幾乎保持同步。2022年6月，經(jīng)權(quán)威認(rèn)證，仁爍光能全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28%。僅過了半年，仁爍光能將該技術(shù)指標(biāo)提升至29%，刷新了其在2022年6月創(chuàng)造的世界紀(jì)錄。2023年3月初，極電光能研發(fā)的809.8平方厘米大尺寸鈣鈦礦光伏組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.9%，創(chuàng)下業(yè)內(nèi)大尺寸鈣鈦礦組件轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。
瓶瓶罐罐中的配方材料在調(diào)試更新、實(shí)驗(yàn)室里的測試數(shù)據(jù)在不斷跳漲，但對于在產(chǎn)業(yè)一線的耕耘者而言，過程到底有多艱辛可能只有自己能懂。
“這是一個(gè)真正的‘無人區(qū)’，我們幾乎沒有任何成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，所有的模式都得自己趟�！比薁q光能董事長、南京大學(xué)教授譚海仁表示。
在譚海仁看來，未來一兩年內(nèi)，選擇鈣鈦礦為研發(fā)方向的公司需要靜下心來思考產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)難點(diǎn)和方向，例如工藝是否能再精進(jìn)、設(shè)備是否能跟得上、應(yīng)用領(lǐng)域是否可以再拓展等�！安灰v故事，而是要把技術(shù)吃透，走過從‘0到1’的路程，闖過這個(gè)‘無人區(qū)’�！�
大正微納總經(jīng)理馬晨同樣認(rèn)為，一個(gè)真心實(shí)意為產(chǎn)業(yè)發(fā)展著想的公司，一定能夠在這片“無人區(qū)”耐得住寂寞，并通過團(tuán)隊(duì)的努力靜待產(chǎn)業(yè)化到來。
看淡外界“冷和熱”
2022年10月，纖納光電完成D輪融資；2022年12月，協(xié)鑫光電完成5億元B+輪融資；2023年3月，極電光能完成數(shù)億元A輪融資……自去年以來，鈣鈦礦領(lǐng)域投融資事件頻發(fā)，創(chuàng)投基金、產(chǎn)業(yè)資本等紛紛入局。
巧合的是，在記者前往鎮(zhèn)江參觀大正微納研發(fā)線的當(dāng)天，一家來自上海的資管公司也在實(shí)地調(diào)研。據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人透露，公司內(nèi)部正在籌備鈣鈦礦基金，現(xiàn)階段正對頭部企業(yè)進(jìn)行深入了解。
一時(shí)間，這一新興領(lǐng)域似乎成了資本“新寵”，熱度也在“水漲船高”。
“一方面，晶硅技術(shù)轉(zhuǎn)換效率存在天花板，且‘雙碳’對光伏降本增效提出了更高的要求；另一方面，鈣鈦礦技術(shù)在效率和成本兩大核心層面的發(fā)展速度很快。這個(gè)時(shí)點(diǎn)催生出的新技術(shù)，自然會(huì)得到資本關(guān)注�！睒O電光能副總裁姜偉龍說。
當(dāng)前，在以晶硅體系為主導(dǎo)的光伏產(chǎn)業(yè)中，硅料價(jià)格走勢幾乎錨定整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)格走勢。而鈣鈦礦材料成本僅占鈣鈦礦電池組件總成本約5%，且生產(chǎn)工藝流程溫度不超過150攝氏度。這在降本增效、低碳制備為永恒命題的光伏領(lǐng)域，可以說有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
據(jù)中金公司估算，鈣鈦礦單結(jié)組件、全鈣鈦礦雙結(jié)疊層組件的度電成本極限分別約0.255元/度、0.224元/度，較單結(jié)晶硅組件的極限值0.285元/度分別低11%、21%。若鈣鈦礦電池組件技術(shù)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這一度電成本目標(biāo)值，將撬動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)地面、分布式光伏電站的千億元市場空間。
但制約鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化的問題目前依舊存在，諸如制作較大尺寸，連續(xù)、均勻的鈣鈦礦涂層較困難，鈣鈦礦材料也有在一定光照、加熱以及濕度條件下易分解等痛點(diǎn)。
針對市場對鈣鈦礦要么樂觀、要么悲觀的極端看法，姜偉龍認(rèn)為大可不必那么糾結(jié)�！皩_產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題，只要有比較清晰的研發(fā)路徑，每天都能看到進(jìn)步即可，剩下的就交給時(shí)間。”姜偉龍表示，外界的冷和熱不會(huì)影響公司的發(fā)展腳步，從研發(fā)線到中試線再到量產(chǎn)線，會(huì)按照規(guī)劃路徑一步步來。
“有分歧說明有思考，市場越來越理性是一個(gè)好現(xiàn)象。與其過度關(guān)注外界的聲音，不如把自己的產(chǎn)品做好。我們樂于見到有產(chǎn)業(yè)洞見力的機(jī)構(gòu)與我們一道成長，也希望看到真正鉆研技術(shù)研發(fā)的參與者加入進(jìn)來。當(dāng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展走上正軌，相信會(huì)有客觀真實(shí)的評判�！弊T海仁說。
譚海仁認(rèn)為，今年鈣鈦礦領(lǐng)域相比去年更溫和一些，也更健康一些�！耙皇侨ツ甓壥袌龅某醋饕呀�(jīng)過去；二是一級市場也更為理性，機(jī)構(gòu)真正走進(jìn)公司實(shí)地調(diào)研，去了解各家公司的研發(fā)實(shí)力和技術(shù)路徑的差異�！�
“雙端”應(yīng)攜手共進(jìn)
超高的光電轉(zhuǎn)換效率、較大的成本優(yōu)勢以及廣泛的下游應(yīng)用市場，是推動(dòng)鈣鈦礦電池加速產(chǎn)業(yè)化的核心因素。
“從應(yīng)用角度來講，不一定所有的新技術(shù)全面超過現(xiàn)有技術(shù)才能生存，一定是新技術(shù)具備現(xiàn)有技術(shù)達(dá)不到的特點(diǎn)，未來才會(huì)存在市場訂單�！瘪R晨告訴記者，光伏行業(yè)發(fā)展趨勢無非是同樣場地發(fā)更多電或利用更多場地發(fā)電。目前柔性輕質(zhì)化鈣鈦礦組件效率不如晶硅，但是可實(shí)現(xiàn)利用更多場地來發(fā)電，比如光伏建筑一體化（BIPV）、車頂、3C應(yīng)用領(lǐng)域等。這有望給光伏市場帶來深遠(yuǎn)影響，同時(shí)也可能是鈣鈦礦電池的一個(gè)突破口。
東亞前海證券表示，鈣鈦礦材料特性決定了鈣鈦礦電池的制作可采用輕薄、柔性基底，而帶隙可調(diào)性使其具有室內(nèi)光伏電池理想的寬帶隙，將鈣鈦礦電池的下游應(yīng)用范圍拓展至弱光及室內(nèi)光伏，進(jìn)而可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居和智能出行等領(lǐng)域。
在大正微納廠區(qū)，記者看到，弱光環(huán)境下（僅借助會(huì)議室投影幕布光源）依靠鈣鈦礦電池發(fā)電的燈帶依舊能夠正常發(fā)光，小范圍光照下給手機(jī)進(jìn)行快充也不受影響。馬晨透露，大正微納的柔性鈣鈦礦電池可貼附于建筑玻璃內(nèi)側(cè)，更換成本極低�！肮居袡C(jī)會(huì)在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，并已開始布局相關(guān)專利。”
諸多優(yōu)勢加持之下，鈣鈦礦技術(shù)可謂生逢其時(shí)。在譚海仁看來，要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，現(xiàn)階段最核心的是需要解決大面積制備良率、均勻性問題以及相應(yīng)設(shè)備端的技術(shù)實(shí)力，例如激光劃線精度等。
“目前，大面積制備難點(diǎn)主要體現(xiàn)在鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)中的鈣鈦礦層。為解決量產(chǎn)制備問題，研發(fā)人員設(shè)計(jì)了溶液涂布法和真空鍍膜法。其中，溶液涂布法因成本低、設(shè)備兼容度高等特點(diǎn)成為主流，但大面積制備的均勻性、連續(xù)重復(fù)生產(chǎn)能力等難關(guān)仍需重點(diǎn)攻克�！瘪R晨表示，設(shè)備研發(fā)的門檻和壁壘很高，目前國產(chǎn)涂布設(shè)備還需要進(jìn)一步提升技術(shù)能力，這需要下游企業(yè)做支撐來形成良性循環(huán)，也需要積累長期經(jīng)驗(yàn)。
民生證券研究院院長助理、電新行業(yè)首席分析師鄧永康表示，激光刻蝕同樣是鈣鈦礦電池制備的重要環(huán)節(jié)，激光工藝關(guān)系到薄膜的損傷缺陷以及被切面的平整光滑程度，這類問題會(huì)共同影響電池的效率和壽命。
“碲化鎘等薄膜類電池國際頭部企業(yè)產(chǎn)業(yè)化速度發(fā)展很快，主要原因之一就是在激光設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了突破。”譚海仁告訴記者，對一個(gè)剛剛成長的產(chǎn)業(yè)而言，設(shè)備端和工藝端需要共同進(jìn)步，設(shè)備端的迭代需要工藝端不斷改進(jìn)反饋，設(shè)備端的成長也將有效推動(dòng)工藝端的進(jìn)步。
“個(gè)人認(rèn)為，涂布和激光設(shè)備如果能逐步完善，鈣鈦礦電池大規(guī)模制造會(huì)更有底氣。”譚海仁說。
產(chǎn)業(yè)化“不會(huì)提前”
在一個(gè)充分競爭的市場中，當(dāng)一項(xiàng)成本和效率優(yōu)勢相對明顯的新技術(shù)出現(xiàn)后，對其產(chǎn)業(yè)化的判斷自然被擺上臺(tái)面。一個(gè)核心關(guān)注點(diǎn)是：經(jīng)過一年多的快速發(fā)展，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化時(shí)點(diǎn)能否提前？
“不會(huì)提前，也沒必要提前。”針對這一問題，譚海仁的觀點(diǎn)十分鮮明。他認(rèn)為，一個(gè)健康的行業(yè)一定要遵循其自身發(fā)展規(guī)律，根據(jù)下游市場需求，摸清自身技術(shù)實(shí)力，沉下心來鉆研技術(shù)難點(diǎn)才會(huì)走得遠(yuǎn)，而不是在產(chǎn)業(yè)化尚未成熟時(shí)盲目推出。
浙江省光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長趙永紅持同樣觀點(diǎn)�！埃ㄢ}鈦礦電池）值得業(yè)界去努力，行業(yè)協(xié)會(huì)也會(huì)支持。但一個(gè)產(chǎn)品的成熟需要走很長的路，不能拔苗助長，更不能把不成熟的產(chǎn)品大規(guī)模推向市場�！壁w永紅說。
“還需要3年左右才能真正向GW級突破，但從行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展角度來看，這已經(jīng)很成功了�！弊T海仁告訴記者，平米級別測試的量產(chǎn)效率紀(jì)錄目前不到15%，如果可以達(dá)到18%，無疑會(huì)是業(yè)內(nèi)一個(gè)里程碑�！耙苍S今年，也有可能是明年，無論是誰跑出來都可以，我們等待這一刻到來�！�
“業(yè)界這幾年在做的一個(gè)很重要的事就是投建自己的百兆瓦級中試線，因?yàn)樽呦蛄慨a(chǎn)必須在平米級尺寸上結(jié)合自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)來進(jìn)行工藝驗(yàn)證。”姜偉龍表示，一旦百兆瓦級工藝順利跑通，可為設(shè)備選型積累更多可行經(jīng)驗(yàn)，從而大大加速未來GW級產(chǎn)線的建設(shè)進(jìn)度。
姜偉龍介紹，目前極電光能150MW鈣鈦礦產(chǎn)線處在工藝調(diào)試和小批量出貨階段，預(yù)計(jì)今年上半年陸續(xù)完成部分示范項(xiàng)目的交付。仁爍光能也在加速推進(jìn)鈣鈦礦電池組件的產(chǎn)業(yè)化，公司投建的150MW中試線工藝方案已經(jīng)定型，計(jì)劃于2023年底完成0.6米x1.2米組件出片，2024年組件效率爭取做到18%，2025年?duì)幦∵_(dá)到20%。
不僅是中試線，記者在采訪中獲悉，GW級產(chǎn)線也已提上日程。譚海仁告訴記者，公司會(huì)在2024年底至2025年初考慮GW級產(chǎn)線建設(shè)，投產(chǎn)粗略估計(jì)會(huì)在2026年。姜偉龍則透露，公司已啟動(dòng)GW級產(chǎn)線土建工作，并在下半年采購設(shè)備，2024年三季度投入試生產(chǎn)。
基于當(dāng)前企業(yè)的產(chǎn)能規(guī)劃，中金公司預(yù)計(jì)，2026年國內(nèi)鈣鈦礦總產(chǎn)能有望突破25GW，鈣鈦礦設(shè)備行業(yè)2026年年產(chǎn)值有望突破100億元。
華泰證券認(rèn)為，設(shè)備先行是新技術(shù)發(fā)展初期的重要邏輯，一旦產(chǎn)業(yè)化具備雛形，設(shè)備商有望率先兌現(xiàn)業(yè)績。
記者梳理發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前國內(nèi)主要的涂布設(shè)備廠商大多數(shù)是非上市公司，包括德滬涂膜、大正微納、眾能光電等；鍍膜設(shè)備領(lǐng)域則有京山輕機(jī)、捷佳偉創(chuàng)、奧來德等上市公司。
馬晨告訴記者，高精密狹縫涂布機(jī)是大正微納核心技術(shù)之一，團(tuán)隊(duì)通過技術(shù)研發(fā)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)四層納米級別薄膜的液相涂布制備，且核心設(shè)備能夠自主生產(chǎn)，從而大幅降低設(shè)備成本。
在激光設(shè)備領(lǐng)域，帝爾激光、德龍激光、大族激光、杰普特等上市公司具備先發(fā)優(yōu)勢。德龍激光推出了針對鈣鈦礦電池生產(chǎn)整段激光設(shè)備，目前已投入客戶量產(chǎn)線使用。大族激光也表示，目前公司面向鈣鈦礦電池行業(yè)的幾家龍頭、前沿研究機(jī)構(gòu)，均有激光設(shè)備的交付銷售，以及大尺寸激光加工設(shè)備的整線交付。
