風口上的鈣鈦礦：趟“無人區(qū)” 解“最痛點” 待“蝶變時”
超高的理論光電轉換效率、較大的成本優(yōu)勢以及廣泛的下游應用市場，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，符合光伏產業(yè)降本增效核心邏輯的鈣鈦礦電池，已然被資本之手攪沸。當二級市場歸于平靜，當產業(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，鈣鈦礦電池如何在2023年這一關鍵年份描繪自己的生長軌跡？其產業(yè)化時點是否會提前？行業(yè)發(fā)展還需解決哪些瓶頸？一旦產業(yè)化將對光伏產業(yè)鏈產生哪些影響？
帶著一系列問題，中國證券報記者前往蘇州、無錫、鎮(zhèn)江等地進行調研。在與頭部鈣鈦礦企業(yè)的對話中，記者了解到，鈣鈦礦電池技術在實驗室中的“高光成績”正逐步向產業(yè)化落地層面邁進。“中試線是今年重點發(fā)力方向�！辈簧偈茉L企業(yè)表示，正在緊鑼密鼓地規(guī)劃建設或調試完善百兆瓦級中試線，為GW級產線沖刺做準備。
針對鈣鈦礦電池產業(yè)化所面臨的問題，業(yè)內人士認為，除工藝端需要不斷探索試錯外，設備端的技術實力也需要進一步跟進，兩者之間需要保持良性互動以助推產業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。至于產業(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下的每一天。
闖入“無人區(qū)”
“晶硅電池理論轉換效率極限為29.43%，多年來產業(yè)界對這一上限的闖關屢次未果。”專家告訴記者，相比之下，單結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)�；圃觳皇茉牧舷拗啤�
自1839年人類在烏拉爾山脈首次發(fā)現(xiàn)礦物質鈦酸鈣“CaTiO3”后，學術界對結構式為“ABX3”形式且具有與“CaTiO3”相似晶體結構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。時間之河蜿蜒流淌一個多世紀后，這一“非鈦非礦”的奇妙化合物在日本被“喚醒”，并以轉換效率“從3.8%到10%”的快速成長一戰(zhàn)成名，被業(yè)界公認有望在太陽能電池的“最痛點”處閃爍其特有的光澤。
從發(fā)展脈絡來看，國內企業(yè)對于鈣鈦礦電池技術的研發(fā)與國際幾乎保持同步。2022年6月，經權威認證，仁爍光能全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉換效率達到28%。僅過了半年，仁爍光能將該技術指標提升至29%，刷新了其在2022年6月創(chuàng)造的世界紀錄。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換效率達到19.9%，創(chuàng)下業(yè)內大尺寸鈣鈦礦組件轉換效率紀錄。
瓶瓶罐罐中的配方材料在調試更新、實驗室里的測試數(shù)據(jù)在不斷跳漲，但對于在產業(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。
“這是一個真正的‘無人區(qū)’，我們幾乎沒有任何成熟經驗可以借鑒，所有的模式都得自己趟�！比薁q光能董事長、南京大學教授譚海仁表示。
在譚海仁看來，未來一兩年內，選擇鈣鈦礦為研發(fā)方向的公司需要靜下心來思考產業(yè)化的技術難點和方向，例如工藝是否能再精進、設備是否能跟得上、應用領域是否可以再拓展等。“不要講故事，而是要把技術吃透，走過從‘0到1’的路程，闖過這個‘無人區(qū)’�！�
大正微納總經理馬晨同樣認為，一個真心實意為產業(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，并通過團隊的努力靜待產業(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，鈣鈦礦領域投融資事件頻發(fā)，創(chuàng)投基金、產業(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)線的當天，一家來自上海的資管公司也在實地調研。據(jù)相關負責人透露，公司內部正在籌備鈣鈦礦基金，現(xiàn)階段正對頭部企業(yè)進行深入了解。
一時間，這一新興領域似乎成了資本“新寵”，熱度也在“水漲船高”。
“一方面，晶硅技術轉換效率存在天花板，且‘雙碳’對光伏降本增效提出了更高的要求；另一方面，鈣鈦礦技術在效率和成本兩大核心層面的發(fā)展速度很快。這個時點催生出的新技術，自然會得到資本關注�！睒O電光能副總裁姜偉龍說。
當前，在以晶硅體系為主導的光伏產業(yè)中，硅料價格走勢幾乎錨定整個光伏產業(yè)鏈的價格走勢。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域，可以說有著得天獨厚的優(yōu)勢。
據(jù)中金公司估算，鈣鈦礦單結組件、全鈣鈦礦雙結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進一步實現(xiàn)這一度電成本目標值，將撬動標準地面、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。
針對市場對鈣鈦礦要么樂觀、要么悲觀的極端看法，姜偉龍認為大可不必那么糾結�！皩_產業(yè)發(fā)展的問題，只要有比較清晰的研發(fā)路徑，每天都能看到進步即可，剩下的就交給時間�！苯獋埍硎�，外界的冷和熱不會影響公司的發(fā)展腳步，從研發(fā)線到中試線再到量產線，會按照規(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好現(xiàn)象。與其過度關注外界的聲音，不如把自己的產品做好。我們樂于見到有產業(yè)洞見力的機構與我們一道成長，也希望看到真正鉆研技術研發(fā)的參與者加入進來。當產業(yè)發(fā)展走上正軌，相信會有客觀真實的評判。”譚海仁說。
譚海仁認為，今年鈣鈦礦領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涍^去；二是一級市場也更為理性，機構真正走進公司實地調研，去了解各家公司的研發(fā)實力和技術路徑的差異�！�
“雙端”應攜手共進
超高的光電轉換效率、較大的成本優(yōu)勢以及廣泛的下游應用市場，是推動鈣鈦礦電池加速產業(yè)化的核心因素。
“從應用角度來講，不一定所有的新技術全面超過現(xiàn)有技術才能生存，一定是新技術具備現(xiàn)有技術達不到的特點，未來才會存在市場訂單�！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。目前柔性輕質化鈣鈦礦組件效率不如晶硅，但是可實現(xiàn)利用更多場地來發(fā)電，比如光伏建筑一體化（BIPV）、車頂、3C應用領域等。這有望給光伏市場帶來深遠影響，同時也可能是鈣鈦礦電池的一個突破口。
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，而帶隙可調性使其具有室內光伏電池理想的寬帶隙，將鈣鈦礦電池的下游應用范圍拓展至弱光及室內光伏，進而可以廣泛應用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居和智能出行等領域。
在大正微納廠區(qū)，記者看到，弱光環(huán)境下（僅借助會議室投影幕布光源）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進行快充也不受影響。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側，更換成本極低。“公司有機會在這一領域實現(xiàn)重大突破，并已開始布局相關專利�！�
諸多優(yōu)勢加持之下，鈣鈦礦技術可謂生逢其時。在譚海仁看來，要想實現(xiàn)產業(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設備端的技術實力，例如激光劃線精度等。
“目前，大面積制備難點主要體現(xiàn)在鈣鈦礦電池結構中的鈣鈦礦層。為解決量產制備問題，研發(fā)人員設計了溶液涂布法和真空鍍膜法。其中，溶液涂布法因成本低、設備兼容度高等特點成為主流，但大面積制備的均勻性、連續(xù)重復生產能力等難關仍需重點攻克�！瘪R晨表示，設備研發(fā)的門檻和壁壘很高，目前國產涂布設備還需要進一步提升技術能力，這需要下游企業(yè)做支撐來形成良性循環(huán)，也需要積累長期經驗。
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)產業(yè)化速度發(fā)展很快，主要原因之一就是在激光設備上實現(xiàn)了突破�！弊T海仁告訴記者，對一個剛剛成長的產業(yè)而言，設備端和工藝端需要共同進步，設備端的迭代需要工藝端不斷改進反饋，設備端的成長也將有效推動工藝端的進步。
“個人認為，涂布和激光設備如果能逐步完善，鈣鈦礦電池大規(guī)模制造會更有底氣。”譚海仁說。
產業(yè)化“不會提前”
在一個充分競爭的市場中，當一項成本和效率優(yōu)勢相對明顯的新技術出現(xiàn)后，對其產業(yè)化的判斷自然被擺上臺面。一個核心關注點是：經過一年多的快速發(fā)展，鈣鈦礦電池產業(yè)化時點能否提前？
“不會提前，也沒必要提前�！贬槍@一問題，譚海仁的觀點十分鮮明。他認為，一個健康的行業(yè)一定要遵循其自身發(fā)展規(guī)律，根據(jù)下游市場需求，摸清自身技術實力，沉下心來鉆研技術難點才會走得遠，而不是在產業(yè)化尚未成熟時盲目推出。
浙江省光伏產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長趙永紅持同樣觀點�！埃ㄢ}鈦礦電池）值得業(yè)界去努力，行業(yè)協(xié)會也會支持。但一個產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，這已經很成功了�！弊T海仁告訴記者，平米級別測試的量產效率紀錄目前不到15%，如果可以達到18%，無疑會是業(yè)內一個里程碑�！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很重要的事就是投建自己的百兆瓦級中試線，因為走向量產必須在平米級尺寸上結合自動化連續(xù)生產來進行工藝驗證。”姜偉龍表示，一旦百兆瓦級工藝順利跑通，可為設備選型積累更多可行經驗，從而大大加速未來GW級產線的建設進度。
姜偉龍介紹，目前極電光能150MW鈣鈦礦產線處在工藝調試和小批量出貨階段，預計今年上半年陸續(xù)完成部分示范項目的交付。仁爍光能也在加速推進鈣鈦礦電池組件的產業(yè)化，公司投建的150MW中試線工藝方案已經定型，計劃于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年爭取達到20%。
不僅是中試線，記者在采訪中獲悉，GW級產線也已提上日程。譚海仁告訴記者，公司會在2024年底至2025年初考慮GW級產線建設，投產粗略估計會在2026年。姜偉龍則透露，公司已啟動GW級產線土建工作，并在下半年采購設備，2024年三季度投入試生產。
基于當前企業(yè)的產能規(guī)劃，中金公司預計，2026年國內鈣鈦礦總產能有望突破25GW，鈣鈦礦設備行業(yè)2026年年產值有望突破100億元。
華泰證券認為，設備先行是新技術發(fā)展初期的重要邏輯，一旦產業(yè)化具備雛形，設備商有望率先兌現(xiàn)業(yè)績。
記者梳理發(fā)現(xiàn)，當前國內主要的涂布設備廠商大多數(shù)是非上市公司，包括德滬涂膜、大正微納、眾能光電等；鍍膜設備領域則有京山輕機、捷佳偉創(chuàng)、奧來德等上市公司。
馬晨告訴記者，高精密狹縫涂布機是大正微納核心技術之一，團隊通過技術研發(fā)實現(xiàn)了連續(xù)四層納米級別薄膜的液相涂布制備，且核心設備能夠自主生產，從而大幅降低設備成本。
在激光設備領域，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整段激光設備，目前已投入客戶量產線使用。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、前沿研究機構，均有激光設備的交付銷售，以及大尺寸激光加工設備的整線交付。
