鈣鈦礦電池龍頭協鑫集成（騰訊投資協鑫光電）

2023-04-14 06:15:36 1

鈣鈦礦電池又有了新的動向。

5月14日，鈣鈦礦光伏技術企業協鑫光電宣布完成數億元B輪融資，由國內知名機構領投。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。

儘管網際網路巨頭向光伏技術領域投資並不多見，但對於在業內早就備受關注的鈣鈦礦太陽能電池來說，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、更低製造成本的鈣鈦礦電池已經被看作光伏電池的未來。

此前，鈣鈦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，進而加速了鈣鈦礦電池的商業化，包括協鑫光電在內的多家鈣鈦礦企業，都計劃在2022年實現鈣鈦礦電池的量產。

雖然鈣鈦礦電池一直被業內所關注，但由於其遲遲沒能規模量產，並未被大眾所熟知，

這也與鈣鈦礦本身有關，儘管其在1839年首次被發現時是元素組成含鈣、鈦、氧的CaTiO3礦石，但其優良的化學性能源於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。

鈣鈦礦晶體結構

這使得科學界將擁有這種結構的一類材料都稱之為鈣鈦礦，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代表滷素陰離子（如碘或氯）。所以目前我們所說的鈣鈦礦並不是指特定的一種材料。

正是鈣鈦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板吸收太陽光，使之轉化為電能。光伏電池的核心參數之一是將光能轉化為電能的效率，光伏面板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」，這是將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，作為主流光伏面板材料的晶體矽，帶隙為1.1eV，這意味著來自太陽、能量小於1.1 eV的光子不能釋放電子，高於1.1 eV的光子仍可產生電荷載流子，但超過1.1 eV的部分光子能量將以熱能的形式浪費掉。

而鈣鈦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，產生更多能量，進而提高光伏電池的轉化效率。

鈣鈦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）研發的鈣鈦礦串聯電池轉換效率達到了29.8%，創造了至今為止鈣鈦礦電池最高紀錄。

鈣鈦礦電池結構

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產效率不過才為20%-22%。

更重要的是，鈣鈦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，鈣鈦礦電池單層電池理論效率極值可達31%，晶矽/鈣鈦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，鈣鈦礦電池不僅僅是擁有更高的轉化效率那麼簡單，其還擁有光伏產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，鈣鈦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，而鈣鈦礦電池本身更簡單的製造工藝同樣能再次降低成本。

傳統晶矽電池有著更長的產業鏈和更複雜的製造工藝。其不僅需要矽料、矽片、電池、組件等若干不同的工廠來進行產業分工，在電池片製造上還有複雜的鈍化、刻蝕等工藝。

主流的晶矽電池生產工藝

鈣鈦礦電池則能顯著簡化製造工藝和產業鏈分工，和晶矽電池的高溫燒結不同，鈣鈦礦電池主要採用低溫溶液法製造，將甲基碘化鉛、甲基滷化銨和其他添加劑等材料在溶液中混合在一起，然後將混合物沉積或噴塗在基板上，如玻璃、金屬氧化物、柔性聚合物上。

鈣鈦礦電池主要採用沉積、噴塗工藝

這本身也是和鈣鈦礦材料性能有關，目前0.5微米厚的鈣鈦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鈦礦材料可以通過印刷工藝大面積的製備光伏器件。

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

不僅如此，從能耗方面來看，由於不需要過多的高溫製造工藝，鈣鈦礦電池的生產將縮減能源成本。研究數據顯示，每1瓦單晶組件製造的能耗，大約是1.52KWh，而鈣鈦礦組件能耗為0.12KWh，單瓦能耗只有晶矽的1/10。

顯然，更低的原料成本、工藝製造成本、能耗成本將使得鈣鈦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，其建造的鈣鈦礦百兆瓦產線投資為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，有望再次藉助鈣鈦礦電池的成本優勢，實現對火電的大規模替代。

助推這個替代趨勢的，當然是鈣鈦礦電池的規模量產，而這也正是眾多企業目前正努力做的事。

鈣鈦礦的高效率和低成本優勢明顯，但過去一直遲遲不能量產的一大原因在於，其極易受環境影響而無法保持性能穩定。鈣鈦礦很容易受到水和氧氣的幹擾，導致材料降解，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，早期的鈣鈦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產。

但近年來，經過業界不斷改進和提升製造工藝，包括塗布印刷、真空沉積以及更多的精密封裝技術，鈣鈦礦電池的穩定性已經接近晶矽電池，協鑫光電就表示，公司即將下線的產品使用壽命將超過25年。

在此次獲得騰訊投資後，協鑫光電錶示，資金將用於進一步完善公司100MW鈣鈦礦生產線和工藝，計劃2022年投入量產。

協鑫光電的該條生產線於2020年在江蘇崑山開工建設，也正是在2020年，協鑫光電完成了Pre-A輪的1.8億元融資，主要投資方包括崑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）、寧波梅山保稅港區瑞庭投資有限公司（瑞庭投資），其中瑞庭投資是寧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鈦礦結構電池專家Michael Gratzel。2016年，惟華光能被國內的矽料、矽片製造商協鑫科技併購。

據悉，目前協鑫光電生產的尺寸為1m×2m的全球最大尺寸鈣鈦礦組件已經下線，100MW量產線已在崑山完成廠房和主要硬體建設，預計在2022年工藝和產能穩定後，量產組件產品光電轉化效率將超過18%。

協鑫光電鈣鈦礦組件

儘管目前協鑫即將量產的鈣鈦礦電池效率還無法達到像實驗室內那樣的數據，也未達到主流的晶矽電池的轉換效率，但其同樣表示，基於鈣鈦礦電池更快的升級效率提升速度，旗下產品效率將很快提升至25%以上，同時成本有望降低到晶矽產品的70%。

其實不僅僅是協鑫光電，國內外的其餘多家企業也都計劃在2022年開啟鈣鈦礦電池的量產。

2021年8月，全球鈣鈦礦研究領先的企業牛津光伏就宣布，其已經完成了位於德國布蘭登堡的100MW鈣鈦礦疊層電池生產線的安裝，並有望在2022年開始鈣鈦礦電池的商業生產。

和國外相比，國內和協鑫光電同臺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鈦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，並表示首批20MW中試線產品已在小型電站上示範應用，100MW規模化產線即將投產。

纖納光電成立於2015年，創始人兼CEO姚冀眾就讀於浙江大學光電系，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，將總投資60億元可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產基地項目，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。萬度光能是通過掛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，鈣鈦礦電池技術的高效率和低成本優勢無疑將變革現有的光伏產業。

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

儘管初始量產效率可能不及晶矽電池，但鈣鈦礦電池更高的效率上限，能保證其規模量產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於火力發電，實現對後者的能源替代，從而加快我國的碳中和步伐。