多地探索“雙碳”新路徑：深挖鈣鈦礦技術(shù)潛力 助力能源綠色轉型

　　“雙碳”目標下，鈣鈦礦電池領(lǐng)域正掀起一股投資開(kāi)發(fā)熱潮，成為多地推進(jìn)能源轉型的新著(zhù)力點(diǎn)。

　　中國城市報記者觀(guān)察發(fā)現，在剛剛過(guò)去的2024年，無(wú)論是在政策導向、產(chǎn)業(yè)研究，還是學(xué)術(shù)交流抑或是商業(yè)規劃中，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(xiàn)成功下線(xiàn)，自測轉換效率超過(guò)15%。這一成果不僅標志著(zhù)山東省鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化實(shí)現“從0到1”的突破，同時(shí)也意味著(zhù)我國在這一領(lǐng)域向產(chǎn)業(yè)化邁出了堅實(shí)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，單結鈣鈦礦電池理論光電轉換效率遠超傳統晶硅電池，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(jiǎn)單又可柔性制備，因而被視作取代傳統石化能源電池的“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 )新規劃》，聚焦大規模高比例可再生能源開(kāi)發(fā)利用，研發(fā)更高效、更經(jīng)濟、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(kāi)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(diǎn)發(fā)展指導目錄(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。

　　中國城市報記者梳理發(fā)現，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(zhù)力支持鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展。

　　與此同時(shí)，多地在碳達峰實(shí)施方案中，著(zhù)重提及推動(dòng)鈣鈦礦等技術(shù)的升級應用以及相關(guān)項目的引進(jìn)與落地。例如《國家碳達峰試點(diǎn)(杭州)實(shí)施方案》提出，“推動(dòng)碲化鎘、鈣鈦礦等技術(shù)迭代應用”;《國家碳達峰試點(diǎn)(青島)實(shí)施方案》明確，“推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池項目招引和落地”;《國家碳達峰試點(diǎn)(長(cháng)治高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區)實(shí)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(HJT)、鈣鈦礦等下一代電池技術(shù)研發(fā)”。

　　在日前召開(kāi)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(zhuān)題論壇上，多位專(zhuān)家表示，鈣鈦礦作為第三代全新光伏技術(shù)，具備低成本、高轉換效率和適合大面積應用等優(yōu)勢，展現出令人振奮的前景。

　　產(chǎn)業(yè)浪潮涌

　　夜晚9點(diǎn)，多數寫(xiě)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(chēng)光因科技)所在樓層卻燈火通明。走進(jìn)其辦公區，研發(fā)人員爭分奪秒敲代碼、分析數據，實(shí)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(zhuān)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?？春免}鈦礦電池的未來(lái)。”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(shí)開(kāi)發(fā)了核心的設備工藝匹配性技術(shù)等，使鈣鈦礦組件的穩定效率持續提升。“公司正積極推進(jìn)徐州生產(chǎn)基地200兆瓦及吉瓦級產(chǎn)線(xiàn)的建設，預計于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，預計轉換效率將達到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(zhù)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)，并加速新建高標準生產(chǎn)線(xiàn);除此之外，寧德時(shí)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(chǎng)調研數據來(lái)看，自2022年起，涉足鈣鈦礦領(lǐng)域的初創(chuàng )企業(yè)數量呈現出明顯的上升趨勢。這些企業(yè)涵蓋了材料研發(fā)、設備制造、應用開(kāi)發(fā)等多個(gè)環(huán)節。據不完全統計，目前，鈣鈦礦已經(jīng)成為全球研究和投資的熱門(mén)領(lǐng)域，有超過(guò)6000家機構和100多個(gè)國家參與技術(shù)研發(fā)。

　　華蓋資本投資總監劉凌韜指出，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，鈣鈦礦晶硅疊層電池有望達到超過(guò)30%的疊層組件效率，結合HJT、TOPCon路線(xiàn)，僅需在現有產(chǎn)線(xiàn)基礎上新增鈣鈦礦工藝即可完成產(chǎn)品升級，呈現出顯著(zhù)的競爭優(yōu)勢。

　　挑戰仍存在

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

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

　　有關(guān)專(zhuān)家表示，現有研究通過(guò)添加穩定劑、優(yōu)化封裝技術(shù)等手段，能在一定程度上緩解穩定性問(wèn)題，但要確保鈣鈦礦電池在戶(hù)外復雜環(huán)境下穩定運行25年甚至更久，以匹配傳統晶硅電池的壽命標準，還需從材料設計、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(shí)驗室環(huán)境下能夠輕松實(shí)現超高轉換效率，然而一旦擴大制備面積，效率便會(huì )大幅跳水。

　　“大面積制備過(guò)程中，溶液涂布難以保證均勻性，極易出現厚度不均勻、結晶質(zhì)量參差不齊等問(wèn)題，進(jìn)而影響轉換效率。”光因科技相關(guān)負責人在接受中國城市報記者采訪(fǎng)時(shí)將此過(guò)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)內認為，目前行業(yè)內雖有企業(yè)推出大面積涂布技術(shù)與設備，但要實(shí)現大面積、高效率、低成本的完美統一，仍需持續優(yōu)化工藝、改良設備，探索更適配大規模生產(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)理周養盈提到，標準化滯后是行業(yè)發(fā)展面臨的重要問(wèn)題。當前，通用光伏標準已超過(guò)500項，但鈣鈦礦專(zhuān)有標準不到10項。她認為，發(fā)展鈣鈦礦標準對于促進(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)