鈣钛礦電池又有了新的動向。

5月14日，鈣钛礦光伏技術企業協鑫光電宣布完成數億元B輪融資，由國内知名機構領投。而根據企查查的信息顯示，協鑫光電的股股東變更中，新增了廣西騰訊創業，這是騰訊旗下的一家投資公司。

盡管互聯網巨頭向光伏技術領域投資并不多見，但對于在業内早就備受關注的鈣钛礦太陽能電池來說，又似乎不算意外。在主流的晶矽電池效率逼近效率上限的當下，更高轉換效率、更低制造成本的鈣钛礦電池已經被看作光伏電池的未來。

此前，鈣钛礦電池穩定性問題一直制約其發展的一大阻礙，但經過去幾年的技術攻關，穩定性已經接近目前的晶矽電池，進而加速了鈣钛礦電池的商業化，包括協鑫光電在内的多家鈣钛礦企業，都計劃在2022年實現鈣钛礦電池的量産。

雖然鈣钛礦電池一直被業内所關注，但由于其遲遲沒能規模量産，并未被大衆所熟知，

這也與鈣钛礦本身有關，盡管其在1839年首次被發現時是元素組成含鈣、钛、氧的CaTiO3礦石，但其優良的化學性能源于對稱的立方八面體晶格結構，擁有該結構的其他元素組成的礦石，也擁有類似的化學性能。

鈣钛礦晶體結構

這使得科學界将擁有這種結構的一類材料都稱之為鈣钛礦，他們通常擁有ABX3的化學式，A一般代表有機胺陽離子，B代表金屬陽離子（如鉛或錫），X代表鹵素陰離子（如碘或氯）。所以目前我們所說的鈣钛礦并不是指特定的一種材料。

正是鈣钛礦材料的這種特殊結構，使得其擁有比目前主流的晶矽電池更優秀的性能。

我們知道，光伏電池的原理是光伏面闆吸收太陽光，使之轉化為電能。光伏電池的核心參數之一是将光能轉化為電能的效率，光伏面闆的材料則是影響效率的最關鍵因素。

光伏電池原理（晶矽電池）

而決定光伏材料效率轉化的則是該材料的“帶隙”，這是将電子從材料中釋放出來，使其成為電荷載流子在電路中流動所需的能量。

目前，作為主流光伏面闆材料的晶體矽，帶隙為1.1eV，這意味着來自太陽、能量小于1.1 eV的光子不能釋放電子，高于1.1 eV的光子仍可産生電荷載流子，但超過1.1 eV的部分光子能量将以熱能的形式浪費掉。

而鈣钛礦材料的帶隙可達到1.7eV，使得其能夠從太陽光光譜中吸收更多的光子，從而釋放更多電子，産生更多能量，進而提高光伏電池的轉化效率。

鈣钛礦電池到底擁有怎樣的效率呢？在2021年11月，柏林亥姆霍茲中心（HZB）研發的鈣钛礦串聯電池轉換效率達到了29.8%，創造了至今為止鈣钛礦電池最高紀錄。

鈣钛礦電池結構

要知道，晶體矽太陽能電池的理論極限效率為29.43%，目前工業應用中的量産效率不過才為20%-22%。

更重要的是，鈣钛礦材料還能夠與現有的晶矽電池組合成疊層電池，從而進一步提升轉化效率。研究數據顯示，從理論極限來看，鈣钛礦電池單層電池理論效率極值可達31%，晶矽/鈣钛礦雙節疊層轉換效率可達35%，而三層電池理論極限可能升值至45%以上，這遠遠超過目前晶矽電池的理論效率極限。

而事實上，鈣钛礦電池不僅僅是擁有更高的轉化效率那麼簡單，其還擁有光伏産業同樣看重的另外一個優勢——更低的成本。

在光伏領域，效率和成本是影響大規模商業化最為關鍵的兩大因素，鈣钛礦電池更高的電能轉化效率當然能間接地降低光伏電池的成本，而鈣钛礦電池本身更簡單的制造工藝同樣能再次降低成本。

傳統晶矽電池有着更長的産業鍊和更複雜的制造工藝。其不僅需要矽料、矽片、電池、組件等若幹不同的工廠來進行産業分工，在電池片制造上還有複雜的鈍化、刻蝕等工藝。

主流的晶矽電池生産工藝

鈣钛礦電池則能顯著簡化制造工藝和産業鍊分工，和晶矽電池的高溫燒結不同，鈣钛礦電池主要采用低溫溶液法制造，将甲基碘化鉛、甲基鹵化铵和其他添加劑等材料在溶液中混合在一起，然後将混合物沉積或噴塗在基闆上，如玻璃、金屬氧化物、柔性聚合物上。

鈣钛礦電池主要采用沉積、噴塗工藝

這本身也是和鈣钛礦材料性能有關，目前0.5微米厚的鈣钛礦薄膜就能實現光電功能的轉換，而矽材料則需要200微米。這樣的性能甚至使得鈣钛礦材料可以通過印刷工藝大面積的制備光伏器件。

這也意味着鈣钛礦電池将顯著減少原材料的用量，英國鈣钛礦企業牛津光伏曾指出，35千克鈣钛礦能實現和7噸矽相同的發電量。而且鈣钛礦材料對雜質不敏感，通常90%左右純度的鈣钛礦就可以用于制造效率超20%的電池，而晶矽材料純度必須達到99.9999%以上才能用于制造。

不僅如此，從能耗方面來看，由于不需要過多的高溫制造工藝，鈣钛礦電池的生産将縮減能源成本。研究數據顯示，每1瓦單晶組件制造的能耗，大約是1.52KWh，而鈣钛礦組件能耗為0.12KWh，單瓦能耗隻有晶矽的1/10。

顯然，更低的原料成本、工藝制造成本、能耗成本将使得鈣钛礦電池的總體成本相比晶矽電池更具優勢。目前，光伏企業投資1GW晶矽電池，需要從矽料、矽片、電池、組件方面合計花費超過9億元，而根據協鑫納米披露的數據，其建造的鈣钛礦百兆瓦産線投資為1億元，1GW的投資僅為5億元，約為晶矽電池的一半。

這使得在晶矽光伏發電已經與火電價格相當的當下，有望再次借助鈣钛礦電池的成本優勢，實現對火電的大規模替代。

助推這個替代趨勢的，當然是鈣钛礦電池的規模量産，而這也正是衆多企業目前正努力做的事。

鈣钛礦的高效率和低成本優勢明顯，但過去一直遲遲不能量産的一大原因在于，其極易受環境影響而無法保持性能穩定。鈣钛礦很容易受到水和氧氣的幹擾，導緻材料降解，使得電池效率迅速衰減。

這直接影響到光伏電池的使用壽命，相比晶矽電池長達25年的使用年限，早期的鈣钛礦電池的運行壽命僅有數個小時，難以在工業應用中大規模量産。

但近年來，經過業界不斷改進和提升制造工藝，包括塗布印刷、真空沉積以及更多的精密封裝技術，鈣钛礦電池的穩定性已經接近晶矽電池，協鑫光電就表示，公司即将下線的産品使用壽命将超過25年。

在此次獲得騰訊投資後，協鑫光電表示，資金将用于進一步完善公司100MW鈣钛礦生産線和工藝，計劃2022年投入量産。

協鑫光電的該條生産線于2020年在江蘇昆山開工建設，也正是在2020年，協鑫光電完成了Pre-A輪的1.8億元融資，主要投資方包括昆山高新創業投資有限公司、湖北凱輝智慧新能源基金合夥企業（有限合夥）、甯波梅山保稅港區瑞庭投資有限公司（瑞庭投資），其中瑞庭投資是甯德時代旗下的投資公司。

協鑫光電的前身事實上是創始人範斌在2010年成立的廈門惟華光能，其師從瑞士洛桑高等理工大學鈣钛礦結構電池專家Michael Gratzel。2016年，惟華光能被國内的矽料、矽片制造商協鑫科技并購。

據悉，目前協鑫光電生産的尺寸為1m×2m的全球最大尺寸鈣钛礦組件已經下線，100MW量産線已在昆山完成廠房和主要硬件建設，預計在2022年工藝和産能穩定後，量産組件産品光電轉化效率将超過18%。

協鑫光電鈣钛礦組件

盡管目前協鑫即将量産的鈣钛礦電池效率還無法達到像實驗室内那樣的數據，也未達到主流的晶矽電池的轉換效率，但其同樣表示，基于鈣钛礦電池更快的升級效率提升速度，旗下産品效率将很快提升至25%以上，同時成本有望降低到晶矽産品的70%。

其實不僅僅是協鑫光電，國内外的其餘多家企業也都計劃在2022年開啟鈣钛礦電池的量産。

2021年8月，全球鈣钛礦研究領先的企業牛津光伏就宣布，其已經完成了位于德國勃蘭登堡的100MW鈣钛礦疊層電池生産線的安裝，并有望在2022年開始鈣钛礦電池的商業生産。

和國外相比，國内和協鑫光電同台競技的玩家似乎更多。

今年2月，纖納光電宣布在浙江衢州的鈣钛礦集中式光伏電站一期項目正式開工，裝機容量12兆瓦，計劃總投資6000萬元，并表示首批20MW中試線産品已在小型電站上示範應用，100MW規模化産線即将投産。

纖納光電成立于2015年，創始人兼CEO姚冀衆就讀于浙江大學光電系，後從英國倫敦帝國理工學院博士畢業後回國。在2021年1月，纖納光電宣布完成C輪融資，共計3.88億元，由三峽資本領投。

此外，還有2021年6月，将總投資60億元可印刷介觀鈣钛礦太陽能電池生産基地項目，落戶湖北省鄂州市葛店經濟技術開發區的萬度光能，以及2021年10月完成2.2億元Pre-A輪融資的極電光能。萬度光能是通過挂牌轉讓承接了華中科技大學武漢光電國家研究中心韓宏偉教授團隊研究成果，極電光能則是長城汽車投資控股的企業。

作為光伏領域最受關注的技術之一，鈣钛礦電池技術的高效率和低成本優勢無疑将變革現有的光伏産業。

經過多年的不斷研究，衆多鈣钛礦企業希望在2022年正式開啟鈣钛礦電池的量産，以加速這場變革的到來。

盡管初始量産效率可能不及晶矽電池，但鈣钛礦電池更高的效率上限，能保證其規模量産效率能較晶矽電池大幅提升。

而這有望使得光伏發電成本顯著低于火力發電，實現對後者的能源替代，從而加快我國的碳中和步伐。

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