鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析2024

• 劉明月 2023年10月28日 來(lái)源：中研研究院 984 62
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近日，經(jīng)中國(guó)計(jì)量院第三方測(cè)試認(rèn)證，北京曜能科技有限公司自主研發(fā)的小面積鈣鈦礦/晶硅兩端疊層電池穩(wěn)態(tài)輸出效率達(dá)到32.44%，時(shí)隔三個(gè)月再次刷新國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。該公司去年10月曾實(shí)現(xiàn)30.83%的鈣鈦礦疊層效率紀(jì)錄。

近日，經(jīng)中國(guó)計(jì)量院第三方測(cè)試認(rèn)證，北京曜能科技有限公司自主研發(fā)的小面積鈣鈦礦/晶硅兩端疊層電池穩(wěn)態(tài)輸出效率達(dá)到32.44%，時(shí)隔三個(gè)月再次刷新國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。該公司去年10月曾實(shí)現(xiàn)30.83%的鈣鈦礦疊層效率紀(jì)錄。

目前，該技術(shù)小面積電池效率世界紀(jì)錄是由德國(guó)HZB創(chuàng)造的32.5%，相比于晶硅紀(jì)錄的26.81%提高了5.69%的效率絕對(duì)值，極有希望在近年內(nèi)沖擊到35%的水平，未來(lái)在工業(yè)級(jí)大面積尺寸電池上有著非常令人期待的應(yīng)用前景。

近三年來(lái)，頭部鈣鈦礦企業(yè)如協(xié)鑫光電、纖納光電實(shí)現(xiàn)了百兆瓦級(jí)鈣鈦礦電池中試線的落地試產(chǎn)，晶硅行業(yè)頭部企業(yè)及跨界巨頭也紛紛布局。從商業(yè)化角度看，多家鈣鈦礦企業(yè)已發(fā)布吉瓦級(jí)規(guī)劃，大超預(yù)期。據(jù)券商統(tǒng)計(jì)測(cè)算，2022年、2026年鈣鈦礦組件產(chǎn)能預(yù)計(jì)分別為0.87GW、24GW，2023年有望形成超過(guò)1GW鈣鈦礦組件產(chǎn)能。

技術(shù)迭代帶來(lái)了設(shè)備公司的發(fā)展機(jī)遇，多家布局鈣鈦礦較早的主流設(shè)備廠商今年以來(lái)陸續(xù)發(fā)運(yùn)設(shè)備，應(yīng)用于鈣鈦礦電池產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)。相關(guān)公司方面：京山輕機(jī)：全資子公司晟成光伏是國(guó)內(nèi)鈣鈦礦設(shè)備絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，鈣鈦礦團(tuán)簇型多腔式蒸鍍?cè)O(shè)備實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)交付，HJT異質(zhì)結(jié)清洗制絨設(shè)備成功交付。捷佳偉創(chuàng)：在鈣鈦礦領(lǐng)域持續(xù)深入開發(fā)并獲得了狹縫涂布、PVD/RPD、蒸發(fā)鍍膜等設(shè)備訂單。

什么是鈣鈦礦電池：

鈣鈦礦電池是一種新型高效的太陽(yáng)能電池，它采用鈣鈦礦晶體作為光電轉(zhuǎn)換材料。相比于傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦電池具有更高的轉(zhuǎn)換效率、更低的制造成本和更好的適應(yīng)性。

鈣鈦礦電池的核心材料是一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，通常是氯化物、溴化物或者碘化物。這種化合物具有優(yōu)異的光吸收特性和良好的電荷傳輸性能，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能。

中研普華產(chǎn)業(yè)研究院《2023-2028年中國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》顯示

目前，鈣鈦礦電池已經(jīng)成為新型太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，其轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池，同時(shí)還具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性。未來(lái)隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)，鈣鈦礦電池有望成為主流的太陽(yáng)能電池之一。

鈣鈦礦電池有望成為主流光伏電池。雖然鈣鈦礦電池目前尚不具備商業(yè)化條件，但考慮到鈣鈦礦電池自2009年首次面世以來(lái)發(fā)展僅13年，技術(shù)迭代迅速，在轉(zhuǎn)化效率、制造成本、應(yīng)用場(chǎng)景等方面都具有巨大的潛力，其極可能成為未來(lái)主流光伏電池，產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)會(huì)巨大。

鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析2024

目前鈣鈦礦電池相對(duì)其它技術(shù)路線具有以下幾點(diǎn)突出優(yōu)勢(shì)：

優(yōu)勢(shì)一：應(yīng)用前景極具想象空間。

2022年6月，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士電子與微技術(shù)中心成功使鈣鈦礦-硅疊層電池轉(zhuǎn)換效率首次突破30%，達(dá)到31.3%，根據(jù)美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)信息，這是自2016年8月以來(lái)鈣鈦礦-硅疊層電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄的第九次提高，技術(shù)發(fā)展迅速。盡管鈣鈦礦電池尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，但憑借其顛覆性的轉(zhuǎn)換效率空間與寬廣的應(yīng)用場(chǎng)景，或推動(dòng)薄膜電池行業(yè)整體發(fā)展，成為未來(lái)主流應(yīng)用。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借其具有高效、低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在過(guò)去幾年中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池取得了重大進(jìn)展，其效率和穩(wěn)定性均得到了顯著提高。這些進(jìn)展使得量產(chǎn)難度逐步降低，并逐漸走向商業(yè)化。

優(yōu)勢(shì)二：鈣鈦礦因其為化合物，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。

根據(jù)行業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的研究，鈣鈦礦能夠通過(guò)調(diào)整原料實(shí)現(xiàn)帶隙的1.5約2.3eV連續(xù)可調(diào)，光電性能改良優(yōu)化空間大。鈣鈦礦材料組成方面，目前主流研究方向包括甲胺鉛鹵化物(MAPbX3)、甲脒鉛鹵化物(FAPbX3)、銫鉛鹵化物(CsPbX3)和銫錫鹵化物(CsSnX3)。通過(guò)改變鈣鈦礦材料的組成，鈣鈦礦電池的顏色也會(huì)隨之改變，可用于制備彩色電池，以適用于更多應(yīng)用場(chǎng)景。

優(yōu)勢(shì)三：鈣鈦礦是理想的疊層電池材料，產(chǎn)業(yè)化前景可期。

目前疊層電池中應(yīng)用較多的原料是砷化鎵(GaAs)，鈣鈦礦帶隙連續(xù)可調(diào)，也是實(shí)現(xiàn)高效疊層太陽(yáng)能電池的理想材料，具有重要應(yīng)用前景。2022年5月，南京大學(xué)譚海仁團(tuán)隊(duì)通過(guò)運(yùn)用涂布印刷、真空沉積等大面積制備技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)全鈣鈦礦疊層光伏組件的制備，經(jīng)國(guó)際權(quán)威第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.7%，面積為20.25cm2，展示了良好的產(chǎn)業(yè)化前景。此前，譚海仁團(tuán)隊(duì)旋涂技術(shù)制備的小面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26.4%。

優(yōu)勢(shì)四：鈣鈦礦光伏電池吸收系數(shù)表現(xiàn)優(yōu)異

鈣鈦礦光伏電池吸收系數(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，使得鈣鈦礦吸收層只需要亞微米級(jí)(100nm約1μm)厚度，即可產(chǎn)生高密度光生載流子，厚度與遠(yuǎn)薄于晶硅電池片，差異近3個(gè)數(shù)量級(jí)。根據(jù)CPIA數(shù)據(jù)，2021年P(guān)型單晶硅片平均厚度在170μm左右，較2020年下降5μm。超薄的吸收層能夠節(jié)約材料消耗，降低成本，成品也更輕薄，尤其適用于光伏幕墻等BIPV產(chǎn)品。

優(yōu)勢(shì)五：材料來(lái)源豐富，制作工藝簡(jiǎn)單，成本或有顯著優(yōu)勢(shì)。

相比晶硅電池要求99.9999%的高純度硅，鈣鈦礦純度僅需90%，且材料配方可調(diào)，來(lái)源豐富。晶硅從硅料至組件需流轉(zhuǎn)多道工藝，往往需要三天起步;而鈣鈦礦生產(chǎn)流程制備工藝簡(jiǎn)單得多，以旋轉(zhuǎn)法為例，只需將化合物溶液滴在制備好的電子傳輸層，旋轉(zhuǎn)、蒸發(fā)結(jié)晶便可制備完成，全過(guò)程可在一個(gè)工廠中完成，時(shí)間最快可以控制在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)。當(dāng)產(chǎn)線達(dá)到GW級(jí)規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，鈣鈦礦電池較目前已經(jīng)成熟的晶硅電池或有30%以上成本優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)勢(shì)六：鈣鈦礦生產(chǎn)全過(guò)程可在低溫環(huán)境完成，更節(jié)能環(huán)保。

鈣鈦礦生產(chǎn)工藝流程溫度不超過(guò)150℃，而晶硅在鑄錠和拉晶環(huán)節(jié)都需要超過(guò)1500℃，生產(chǎn)能耗差異巨大。我們認(rèn)為，隨著雙碳戰(zhàn)略的推進(jìn)，光伏電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)耗能或也列入管控范圍，屆時(shí)鈣鈦礦電池相較目前主流晶硅電池也將獲得一定比較優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)金勝利等人的研究，目前鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)可分為四類：溶液涂布：由涂布裝置帶動(dòng)鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在基地上相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成均勻薄膜;噴涂：在噴頭內(nèi)部施加壓力，擠出鈣鈦礦前驅(qū)體溶液;軟膜覆蓋：在壓力下用聚酰亞胺膜覆蓋的方式將絡(luò)合物前驅(qū)體轉(zhuǎn)化成薄膜;氣相沉積：在真空環(huán)境下蒸鍍。目前各種制備方法的技術(shù)與設(shè)備迭代迅速，前景值得期待。

目前在鈣鈦礦薄膜光伏電池領(lǐng)域國(guó)內(nèi)眾多廠商已在爭(zhēng)先布局。協(xié)鑫光電于2020年起投建100MW鈣鈦礦組件量產(chǎn)線，2022年5月宣布完成數(shù)億元B輪融資，用于進(jìn)一步完善100MW產(chǎn)線。2022年5月，纖納光電宣布首發(fā)鈣鈦礦α組件;2022年7月在浙江衢州舉行了首批α組件的發(fā)貨儀式，發(fā)貨數(shù)量為5000片，用于浙江省內(nèi)工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站。極電光能在建行業(yè)內(nèi)產(chǎn)能最大的150MW鈣鈦礦試制線，預(yù)計(jì)于2023年開始試生產(chǎn)。杭蕭鋼構(gòu)旗下子公司合特光電在建100MW鈣鈦礦/晶硅疊層電池智慧中試線，目標(biāo)在不晚于2023年5月投產(chǎn)，轉(zhuǎn)換效率28%以上。

鈣鈦礦電池行業(yè)研究報(bào)告旨在從國(guó)家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略入手，預(yù)測(cè)未來(lái)業(yè)務(wù)的市場(chǎng)前景，以幫助客戶撥開政策迷霧，尋找行業(yè)的投資商機(jī)。鈣鈦礦電池報(bào)告在大量的分析、預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，研究了行業(yè)今后的發(fā)展與投資策略，為企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中洞察先機(jī)。

更多鈣鈦礦電池行業(yè)研究分析詳見中研普華產(chǎn)業(yè)研究院《2023-2028年中國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》。根據(jù)市場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整經(jīng)營(yíng)策略，為戰(zhàn)略投資者選擇恰當(dāng)?shù)耐顿Y時(shí)機(jī)和公司領(lǐng)導(dǎo)層做戰(zhàn)略規(guī)劃提供了準(zhǔn)確的鈣鈦礦電池市場(chǎng)情報(bào)信息及科學(xué)的決策依據(jù)。

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