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，成為多地推進能源轉(zhuǎn)型的新著力點。

　　中國城市報記者觀察發(fā)現(xiàn)，在剛剛過去的2024年，無論是在政策導(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百兆瓦鈣鈦礦電池中試產(chǎn)線成功下線，自測轉(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)化實現(xiàn)“從0到1”的突破，同時也意味著我國在這一領(lǐng)域向產(chǎn)業(yè)化邁出了堅實的一步。

　　中國城市報記者了解到，鈣鈦礦的獨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)工藝相對簡單又可柔性制備，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，為其發(fā)展增添助力。

　　2021年11月，國家能源局、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、更可靠的太陽能等可再生能源先進發(fā)電及綜合利用技術(shù)，重點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。

　　2023年8月，工業(yè)和信息化部、國務(wù)院國資委關(guān)于印發(fā)《前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點發(fā)展指導(dǎo)目錄(第一批)》，鈣鈦礦材料入選工信部、國資委發(fā)布的這一指導(dǎo)目錄，進一步推動鈣鈦礦材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　中國城市報記者梳理發(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，多地在碳達峰實施方案中，著重提及推動鈣鈦礦等技術(shù)的升級應(yīng)用以及相關(guān)項目的引進與落地。例如《國家碳達峰試點(杭州)實施方案》提出，“推動碲化鎘、鈣鈦礦等技術(shù)迭代應(yīng)用”;《國家碳達峰試點(青島)實施方案》明確，“推動鈣鈦礦太陽能電池項目招引和落地”;《國家碳達峰試點(長治高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū))實施方案》提到，“支持光伏企業(yè)加強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，展現(xiàn)出令人振奮的前景。

　　產(chǎn)業(yè)浪潮涌

　　夜晚9點，多數(shù)寫字樓辦公場所人去室靜，深圳市光因科技有限公司(以下簡稱光因科技)所在樓層卻燈火通明。走進其辦公區(qū)，研發(fā)人員爭分奪秒敲代碼、分析數(shù)據(jù)，實驗室里技術(shù)員嚴謹檢測新產(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。”光因科技研發(fā)工程師張林向中國城市報記者介紹，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)同輸運技術(shù)，同時開發(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。“公司正積極推進徐州生產(chǎn)基地200兆瓦及吉瓦級產(chǎn)線的建設(shè)，預(yù)計于2025年上半年第一期工程完工并投產(chǎn)。屆時，組件面積將大幅增加，預(yù)計轉(zhuǎn)換效率將達到21.5%以上。”

　　如今，越來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)勢與創(chuàng)新理念，紛紛涌入這片“藍海”，為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新鮮血液。

　　大型國央企也積極布局。中國核電、中國華能、國家電投等充分發(fā)揮資源與規(guī)模優(yōu)勢，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，寧德時代、華納集團、比亞迪、京東方等行業(yè)巨頭也紛紛押注鈣鈦礦。

　　從相關(guān)市場調(diào)研數(shù)據(jù)來看，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。這些企業(yè)涵蓋了材料研發(fā)、設(shè)備制造、應(yīng)用開發(fā)等多個環(huán)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計，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家機構(gòu)和100多個國家參與技術(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5—10年內(nèi)，鈣鈦礦晶硅疊層電池有望達到超過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，呈現(xiàn)出顯著的競爭優(yōu)勢。

　　挑戰(zhàn)仍存在

　　盡管鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，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)取決于市場客戶的采購意愿，關(guān)鍵在于單結(jié)效率達到22%、疊層效率達到28%，并讓市場相信鈣鈦礦組件能夠穩(wěn)定運行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、界面工程、封裝工藝等多維度深入鉆研，打造全方位防護體系。

　　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驗室環(huán)境下能夠輕松實現(xiàn)超高轉(zhuǎn)換效率，然而一旦擴大制備面積，效率便會大幅跳水。

　　“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，進而影響轉(zhuǎn)換效率。”光因科技相關(guān)負責(zé)人在接受中國城市報記者采訪時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，但鈣鈦礦專有標(biāo)準(zhǔn)不到10項。她認為，發(fā)展鈣鈦礦標(biāo)準(zhǔn)對于促進鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量健康發(fā)展、推動產(chǎn)業(yè)與電力系統(tǒng)的融合，以及提升我國光伏產(chǎn)業(yè)的國際地位具有重要意義。(中國城市報記者 鄭新鈺)