多地探索“雙碳”新路徑：深挖鈣鈦礦技術(shù)潛力 助力能源綠色轉(zhuǎn)型

　　“雙碳”目標(biāo)下，鈣鈦礦電池領(lǐng)域正掀起一股投資開發(fā)熱潮，成為多地推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的新著力點(diǎn)。

　　中國(guó)城市報(bào)記者觀察發(fā)現(xiàn)，在剛剛過去的2024年，無(wú)論是在政策導(dǎo)向、產(chǎn)業(yè)研究，還是學(xué)術(shù)交流抑或是商業(yè)規(guī)劃中，鈣鈦礦電池都備受關(guān)注。鈣鈦礦緣何能在眾多新興材料中脫穎而出?鈣鈦礦電池未來(lái)發(fā)展前景如何?

　　政策春風(fēng)吹

　　2024年12月31日上午，山東省首片大面積單結(jié)鈣鈦礦電池組件在山東能源集團(tuán)百兆瓦鈣鈦礦電池中試產(chǎn)線成功下線，自測(cè)轉(zhuǎn)換效率超過15%。這一成果不僅標(biāo)志著山東省鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)“從0到1”的突破，同時(shí)也意味著我國(guó)在這一領(lǐng)域向產(chǎn)業(yè)化邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

　　中國(guó)城市報(bào)記者了解到，鈣鈦礦的獨(dú)特魅力源于其出色的光電性能，單結(jié)鈣鈦礦電池理論光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)晶硅電池，在弱光條件下也能維持較高效率，加之其原材料豐富易獲取，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單又可柔性制備，因而被視作取代傳統(tǒng)石化能源電池的“潛力股”。

　　政策春風(fēng)隨之吹來(lái)，為其發(fā)展增添助力。

　　2021年11月，國(guó)家能源局、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合發(fā)布《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，聚焦大規(guī)模高比例可再生能源開發(fā)利用，研發(fā)更高效、更經(jīng)濟(jì)、更可靠的太陽(yáng)能等可再生能源先進(jìn)發(fā)電及綜合利用技術(shù)，重點(diǎn)提到開展高效鈣鈦礦電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)示范試驗(yàn)。

　　2023年8月，工業(yè)和信息化部、國(guó)務(wù)院國(guó)資委關(guān)于印發(fā)《前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展指導(dǎo)目錄(第一批)》，鈣鈦礦材料入選工信部、國(guó)資委發(fā)布的這一指導(dǎo)目錄，進(jìn)一步推動(dòng)鈣鈦礦材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　中國(guó)城市報(bào)記者梳理發(fā)現(xiàn)，目前已有山東、浙江、江蘇、廣東、河北、上海等多個(gè)省市發(fā)布了相關(guān)政策，著力支持鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展。

　　與此同時(shí)，多地在碳達(dá)峰實(shí)施方案中，著重提及推動(dòng)鈣鈦礦等技術(shù)的升級(jí)應(yīng)用以及相關(guān)項(xiàng)目的引進(jìn)與落地。例如《國(guó)家碳達(dá)峰試點(diǎn)(杭州)實(shí)施方案》提出，“推動(dòng)碲化鎘、鈣鈦礦等技術(shù)迭代應(yīng)用”;《國(guó)家碳達(dá)峰試點(diǎn)(青島)實(shí)施方案》明確，“推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池項(xiàng)目招引和落地”;《國(guó)家碳達(dá)峰試點(diǎn)(長(zhǎng)治高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū))實(shí)施方案》提到，“支持光伏企業(yè)加強(qiáng)隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)、異質(zhì)結(jié)(HJT)、鈣鈦礦等下一代電池技術(shù)研發(fā)”。

　　在日前召開的第11屆國(guó)際清潔能源論壇可再生能源技術(shù)創(chuàng)新鈣鈦礦專題論壇上，多位專家表示，鈣鈦礦作為第三代全新光伏技術(shù)，具備低成本、高轉(zhuǎn)換效率和適合大面積應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出令人振奮的前景。

　　產(chǎn)業(yè)浪潮涌

　　夜晚9點(diǎn)，多數(shù)寫字樓辦公場(chǎng)所人去室靜，深圳市光因科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱光因科技)所在樓層卻燈火通明。走進(jìn)其辦公區(qū)，研發(fā)人員爭(zhēng)分奪秒敲代碼、分析數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室里技術(shù)員嚴(yán)謹(jǐn)檢測(cè)新產(chǎn)品。這家成立于2022年11月的企業(yè)，是一家專注于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的高科技企業(yè)。

　　“我們非常看好鈣鈦礦電池的未來(lái)。”光因科技研發(fā)工程師張林向中國(guó)城市報(bào)記者介紹，公司整合了上海交通大學(xué)的大面積鈣鈦礦薄膜離子耦合技術(shù)、電荷傳輸層離子電荷協(xié)同輸運(yùn)技術(shù)，同時(shí)開發(fā)了核心的設(shè)備工藝匹配性技術(shù)等，使鈣鈦礦組件的穩(wěn)定效率持續(xù)提升。“公司正積極推進(jìn)徐州生產(chǎn)基地200兆瓦及吉瓦級(jí)產(chǎn)線的建設(shè)，預(yù)計(jì)于2025年上半年第一期工程完工并投產(chǎn)。屆時(shí)，組件面積將大幅增加，預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到21.5%以上。”

　　如今，越來(lái)越多像光因科技這樣的初創(chuàng)企業(yè)涉足鈣鈦礦領(lǐng)域，它們帶著各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新理念，紛紛涌入這片“藍(lán)海”，為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新鮮血液。

　　大型國(guó)央企也積極布局。中國(guó)核電、中國(guó)華能、國(guó)家電投等充分發(fā)揮資源與規(guī)模優(yōu)勢(shì)，紛紛投入大量資金用于前沿技術(shù)研發(fā)，并加速新建高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線;除此之外，寧德時(shí)代、華納集團(tuán)、比亞迪、京東方等行業(yè)巨頭也紛紛押注鈣鈦礦。

　　從相關(guān)市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)看，自2022年起，涉足鈣鈦礦領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。這些企業(yè)涵蓋了材料研發(fā)、設(shè)備制造、應(yīng)用開發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，鈣鈦礦已經(jīng)成為全球研究和投資的熱門領(lǐng)域，有超過6000家機(jī)構(gòu)和100多個(gè)國(guó)家參與技術(shù)研發(fā)。

　　華蓋資本投資總監(jiān)劉凌韜指出，鈣鈦礦及疊層電池是光伏領(lǐng)域下一代主流技術(shù)。在未來(lái)5—10年內(nèi)，鈣鈦礦晶硅疊層電池有望達(dá)到超過30%的疊層組件效率，結(jié)合HJT、TOPCon路線，僅需在現(xiàn)有產(chǎn)線基礎(chǔ)上新增鈣鈦礦工藝即可完成產(chǎn)品升級(jí)，呈現(xiàn)出顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　挑戰(zhàn)仍存在

　　盡管鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但邁向大規(guī)模量產(chǎn)的道路絕非坦途，諸多棘手難題亟待攻克。

　　“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率在快速提升，量產(chǎn)組件仍有很大潛力，但穩(wěn)定性依然是最大的挑戰(zhàn)。”脈絡(luò)能源董事會(huì)秘書陳軍榮表示，鈣鈦礦光伏技術(shù)的大規(guī)模量產(chǎn)取決于市場(chǎng)客戶的采購(gòu)意愿，關(guān)鍵在于單結(jié)效率達(dá)到22%、疊層效率達(dá)到28%，并讓市場(chǎng)相信鈣鈦礦組件能夠穩(wěn)定運(yùn)行25年。

　　有關(guān)專家表示，現(xiàn)有研究通過添加穩(wěn)定劑、優(yōu)化封裝技術(shù)等手段，能在一定程度上緩解穩(wěn)定性問題，但要確保鈣鈦礦電池在戶外復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行25年甚至更久，以匹配傳統(tǒng)晶硅電池的壽命標(biāo)準(zhǔn)，還需從材料設(shè)計(jì)、界面工程、封裝工藝等多維度深入鉆研，打造全方位防護(hù)體系。

　　從制備工藝角度而言，大面積制備方面，小面積鈣鈦礦電池在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下能夠輕松實(shí)現(xiàn)超高轉(zhuǎn)換效率，然而一旦擴(kuò)大制備面積，效率便會(huì)大幅跳水。

　　“大面積制備過程中，溶液涂布難以保證均勻性，極易出現(xiàn)厚度不均勻、結(jié)晶質(zhì)量參差不齊等問題，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)換效率。”光因科技相關(guān)負(fù)責(zé)人在接受中國(guó)城市報(bào)記者采訪時(shí)將此過程形象比喻為“攤煎餅”。“這也是為什么芯片越小越難做，而電池越大越棘手。”

　　業(yè)內(nèi)認(rèn)為，目前行業(yè)內(nèi)雖有企業(yè)推出大面積涂布技術(shù)與設(shè)備，但要實(shí)現(xiàn)大面積、高效率、低成本的完美統(tǒng)一，仍需持續(xù)優(yōu)化工藝、改良設(shè)備，探索更適配大規(guī)模生產(chǎn)的材料體系。

　　華能清潔能源研究院光伏部一級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理周養(yǎng)盈提到，標(biāo)準(zhǔn)化滯后是行業(yè)發(fā)展面臨的重要問題。當(dāng)前，通用光伏標(biāo)準(zhǔn)已超過500項(xiàng)，但鈣鈦礦專有標(biāo)準(zhǔn)不到10項(xiàng)。她認(rèn)為，發(fā)展鈣鈦礦標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于促進(jìn)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量健康發(fā)展、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)與電力系統(tǒng)的融合，以及提升我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)際地位具有重要意義。(中國(guó)城市報(bào)記者 鄭新鈺)