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作為一種新型吸光材料，鈣鈦礦以其所具有的高效率、低成本、低能耗、多應(yīng)用場(chǎng)景等優(yōu)勢(shì)，被學(xué)界、市場(chǎng)乃至行業(yè)內(nèi)部分企業(yè)視為下一代光伏組件的主流材料，甚至有可能將傳統(tǒng)“晶硅”組件徹底淘汰。那么，鈣鈦礦“未來(lái)已來(lái)”了嗎？

美編：肖利亞

(資料圖)

導(dǎo)讀

壹 ||一邊是持續(xù)放量的終端市場(chǎng)，一邊是居高不下的原材料價(jià)格，在這樣兩頭受擠的環(huán)境中，光伏組件廠商們也開(kāi)始積極找尋其他出路。相較于在硅料這一環(huán)節(jié)上花心思，鈣鈦礦材料的出現(xiàn)，則給了整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)另一種解題思路。

貳 ||正是依靠結(jié)構(gòu)可定制設(shè)計(jì)的先天優(yōu)勢(shì)，鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光更高效率的吸收，在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出了驚人的轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于“苦”硅料久矣的光伏產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，廉價(jià)、高效且生產(chǎn)難度低的鈣鈦礦，自然成了光伏電池領(lǐng)域的“明日之星”。

叁 ||鈣鈦礦所存在的不耐高溫、光照、高濕度、易分解等缺陷，正是光伏電池日常工作的縮影，若不能解決上述問(wèn)題，鈣鈦礦電池的大規(guī)模商用恐怕只能存在于幻想當(dāng)中。

奧聯(lián)電子（300585）玩鈣鈦礦貌似“玩脫了”。

因公司涉嫌信息披露違法違規(guī)，2月23日，中國(guó)證監(jiān)會(huì)決定對(duì)其立案調(diào)查。

從2022年12月9日高調(diào)官宣要在2023年實(shí)現(xiàn)“50MW鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中試線投產(chǎn)”，到今年2月21日被華能方面一紙澄清聲明“打臉”，這短短74天內(nèi)，奧聯(lián)電子的股價(jià)從14.03元一度飆升至45.24元，翻了逾3倍。

能讓一個(gè)在2022年前三季度營(yíng)收僅為2.75億元、扣非凈利潤(rùn)為負(fù)的企業(yè)，在74天內(nèi)便完成股價(jià)“烏鴉”變“鳳凰”奇跡的，就是“鈣鈦礦”——一種有持續(xù)吸引投資者入場(chǎng)“魔力”的新材料。

事實(shí)上，瘋牛般狂飆的不止是奧聯(lián)電子，它只是鈣鈦礦這個(gè)行業(yè)的一個(gè)縮影而已！

作為一種新型吸光材料，鈣鈦礦以其所具有的高效率、低成本、低能耗、多應(yīng)用場(chǎng)景等優(yōu)勢(shì)，被學(xué)界、市場(chǎng)乃至行業(yè)內(nèi)部分企業(yè)視為下一代光伏組件的主流材料，甚至有可能將傳統(tǒng)“晶硅”組件徹底淘汰。

面對(duì)這一顛覆性材料的出現(xiàn)，多家產(chǎn)業(yè)內(nèi)外的上市公司表現(xiàn)出了濃厚的興趣，除了被“打假”的奧聯(lián)電子外，包括隆基綠能（601012）、天合光能、通威股份（600438）在內(nèi)的光伏巨頭，乃至造鋰電池的寧德時(shí)代（300750），均對(duì)外披露了其在鈣鈦礦領(lǐng)域的技術(shù)布局或搭建中試線的情況，包括協(xié)鑫光電、纖納光電和極電光能等光伏行業(yè)的新秀也在積極推動(dòng)這一新型材料的落地量產(chǎn)。

在萬(wàn)億光伏市場(chǎng)中，組件環(huán)節(jié)又向來(lái)是規(guī)模最大的一塊兒，一時(shí)間，鈣鈦礦攪動(dòng)資本市場(chǎng)一片光亮。國(guó)盛證券在2月15日發(fā)布的一份研報(bào)中也曾指出：預(yù)計(jì)2024年鈣鈦礦領(lǐng)域?qū)⒔ǔ蒅W(吉瓦，1吉瓦=10億瓦)級(jí)別產(chǎn)線?！扳}鈦礦電池很可能會(huì)掀起一場(chǎng)光伏降本革命，用最快的速度淘汰‘晶硅’電池，如果哪家企業(yè)能在這條賽道取得先機(jī)，未來(lái)的成長(zhǎng)空間不敢想象?！?月22日，國(guó)內(nèi)光伏行業(yè)觀察人士張鵬向記者表示。

那么，鈣鈦礦“未來(lái)已來(lái)”了嗎？

“天下苦硅料久矣”

連漲五周后，讓光伏產(chǎn)業(yè)鏈最“揪心”的硅料價(jià)格終于再度企穩(wěn)。

2月22日，中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)公布了最新的國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅成交價(jià)。其中，單晶復(fù)投料成交均價(jià)為24.24萬(wàn)元/噸，周環(huán)比維持不變；單晶致密料成交均價(jià)為24.01萬(wàn)元/噸，周環(huán)比也維持不變。

硅業(yè)分會(huì)在公布數(shù)據(jù)的同時(shí)表示，近期各硅料企業(yè)簽單價(jià)差本就較大，部分訂單以上周區(qū)間高價(jià)成交，部分訂單以區(qū)間低價(jià)成交，故本周硅料成交均價(jià)基本持穩(wěn)。

硅料價(jià)格的企穩(wěn)，讓安徽一家組件廠商的總經(jīng)理許生強(qiáng)松了一口氣，“我都擔(dān)心又像去年一樣漲到30萬(wàn)元/噸去了，有點(diǎn)后悔沒(méi)在春節(jié)前跳水的時(shí)候囤一批貨?！?月23日，許生強(qiáng)接受記者采訪時(shí)說(shuō)。

作為當(dāng)下光伏產(chǎn)業(yè)鏈最關(guān)鍵的原材料，多晶硅的價(jià)格走勢(shì)直接決定了下游電池、組件產(chǎn)品的價(jià)格，而組件又是光伏電站建設(shè)中成本最大的環(huán)節(jié)，因此，組件價(jià)格的高低直接影響著一座電站的度電成本?！叭ツ杲M件價(jià)格最高的時(shí)候達(dá)到2元/w，現(xiàn)在普遍只有1.6元/w左右，只是四毛錢(qián)的價(jià)格降幅，就能將一座常見(jiàn)的10kw屋頂電站的建設(shè)成本降低4000元。”許生強(qiáng)同記者算了一筆賬。

在光伏補(bǔ)貼全面退坡后，度電成本直接決定了光伏電站的投資收益率。2022年上游硅料、硅片價(jià)格的持續(xù)高燒，一度導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)部分大型電站出現(xiàn)停工、緩建的情形。張鵬說(shuō)：“光伏行業(yè)的核心驅(qū)動(dòng)因素是不斷降低的度電成本。但是硅料價(jià)格暴漲帶動(dòng)組件價(jià)格過(guò)高，讓電站IRR(收益率)不過(guò)關(guān)，只能先停工?！薄疤煜驴喙枇暇靡印?，這是過(guò)去兩年間在光伏產(chǎn)業(yè)鏈中下游領(lǐng)域最流行的一句話。

2月16日，國(guó)內(nèi)知名組件廠商阿特斯董事長(zhǎng)瞿曉鏵在蘇州的一場(chǎng)光伏論壇上公開(kāi)表示：“近兩年，因裝機(jī)加速增長(zhǎng)，加之疫情推遲了硅料擴(kuò)產(chǎn)，導(dǎo)致硅料供應(yīng)偏緊，價(jià)格居高不下，給下游的制造企業(yè)和光伏電站的投資商帶來(lái)了無(wú)窮的困擾”。“耗子進(jìn)風(fēng)箱，兩頭受氣，風(fēng)險(xiǎn)壓力山大，利潤(rùn)卻薄如蟬翼！”瞿曉鏵在演講中如是形容組件廠商的處境。

一邊是持續(xù)放量的終端市場(chǎng)，一邊是居高不下的原材料價(jià)格，在這樣兩頭受擠的環(huán)境中，光伏組件廠商們也開(kāi)始積極找尋其他出路。例如：自行向上游拓展，投建屬于自己的硅料產(chǎn)能；又或是簽訂大額長(zhǎng)單，提前鎖料?！靶陌病?。

相較于在硅料這一環(huán)節(jié)上花心思，鈣鈦礦材料的出現(xiàn)，則給了整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)另一種解題思路。

“現(xiàn)在的光伏電池主要有兩類，一類是晶體硅太陽(yáng)能電池，比如單晶硅、多晶硅電池，可能占據(jù)著全市場(chǎng)99%的份額，還有一種是采用其他材料的薄膜太陽(yáng)能電池，比如碲化鎘、砷化鎵等化合物，有比較針對(duì)性的應(yīng)用場(chǎng)景，較為小眾。”許生強(qiáng)告訴記者。

張鵬指出，硅基電池之所以成為絕對(duì)主流的光伏電池產(chǎn)品，主要因?yàn)楣璨牧蟻?lái)源廣泛，且生產(chǎn)技術(shù)成熟，而薄膜電池因其原料儲(chǔ)備較少且污染環(huán)境，一直未能對(duì)硅基電池的市場(chǎng)地位形成挑戰(zhàn)。

掀起“降本增效”革命？

但眼下，鈣鈦礦材料的出現(xiàn)有望改變這一現(xiàn)狀?！肮夥袠I(yè)所說(shuō)的鈣鈦礦實(shí)際上指的是一種晶體結(jié)構(gòu)，即化學(xué)結(jié)構(gòu)式為ABX3等鈣鈦型化合物，該結(jié)構(gòu)最早在天然的鈣鈦礦物里被發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)式中的A和B指的是帶正電的有機(jī)分子和金屬離子，而X指的是帶負(fù)電的鹵素離子。”四川一家能源集團(tuán)的鈣鈦礦研發(fā)工程師劉彬說(shuō)。

劉彬告訴記者，鈣鈦礦是一種人工設(shè)計(jì)的晶體材料，此類材料具有合成工藝簡(jiǎn)單、光電轉(zhuǎn)換效率較高、原材料儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)，“很多大學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里僅靠一些基礎(chǔ)化工品就可以自行制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池?！?/p>

目前，市場(chǎng)主流的晶硅太陽(yáng)能電池，其發(fā)電原理主要用兩個(gè)摻雜不同元素的硅基體組成，其中包含帶正自由電荷的部分被稱為N型半導(dǎo)體，而缺少自由電子，存在大量帶正電荷空穴的一邊被稱為P型半導(dǎo)體，這類電池的發(fā)電原理就是太陽(yáng)光中的光子刺激N型半導(dǎo)體的自由電子流向P型半導(dǎo)體填充空穴，從而產(chǎn)生直流電。

而硅基材料電池存在一個(gè)理論上的轉(zhuǎn)化效率極限，即最多只能將太陽(yáng)光中包含的約33%的能量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，這一極限也被稱為肖克利-奎伊瑟極限，造成這一現(xiàn)象的原因主要在于硅基材料電池只能吸收特定波長(zhǎng)的光，因此有大量能量被耗散。

劉彬進(jìn)一步解釋說(shuō)，半導(dǎo)體所能吸收的能量有一個(gè)具體范圍，小于這個(gè)范圍便無(wú)法吸收，這造成了晶硅太陽(yáng)能電池產(chǎn)生了大量廢熱，有很多能量并沒(méi)有被利用起來(lái)，而鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)是可以人工設(shè)計(jì)的，將具有不同能隙(泛指半導(dǎo)體或絕緣體的價(jià)帶頂端至傳導(dǎo)帶底端的能量差距)的鈣鈦礦材料堆疊至一起，便可以順利吸收不同波長(zhǎng)的光，從而實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換。

正是依靠結(jié)構(gòu)可定制設(shè)計(jì)的先天優(yōu)勢(shì)，鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光更高效率的吸收，在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出了驚人的轉(zhuǎn)換效率。

劉彬告訴記者，其所在企業(yè)試制的鈣鈦礦電池，轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)28%，而鈣鈦礦的理論轉(zhuǎn)換效率極限應(yīng)該在45%左右，對(duì)晶硅電池來(lái)說(shuō)屬于革命性的進(jìn)步。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有的優(yōu)勢(shì)，或許還不僅僅只有轉(zhuǎn)換效率高這一點(diǎn)，根據(jù)招商證券在1月19日發(fā)表的一份研報(bào)中的測(cè)算，鈣鈦礦原材料在單一工廠內(nèi)僅需45分鐘就可以加工成為組件。

劉彬亦表示，鈣鈦礦電池的產(chǎn)線成本要比晶硅電池的產(chǎn)線成本低50%-60%，所生產(chǎn)組件價(jià)格在0.5-0.6元/w左右，大大低于現(xiàn)在晶硅電池組件的價(jià)格。

值得注意的是，除了投建成本低之外，鈣鈦礦電池的生產(chǎn)能耗也相較晶硅電池大大降低，“硅基電池的生產(chǎn)需要1700度以上的高溫，鈣鈦礦在300度以下就行?！睆堸i表示。

在此背景下，對(duì)于“苦”硅料久矣的光伏產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，廉價(jià)、高效且生產(chǎn)難度低的鈣鈦礦，自然成了光伏電池領(lǐng)域的“明日之星”，“鈣鈦礦電池很可能會(huì)掀起一場(chǎng)光伏降本革命，用最快的速度淘汰‘晶硅’電池，如果哪家企業(yè)能在這條賽道取得先機(jī)，未來(lái)的成長(zhǎng)空間不敢想象?！睆堸i說(shuō)。

大規(guī)模商用“還是幻想”

面對(duì)這一顛覆性材料的出現(xiàn)，多家產(chǎn)業(yè)內(nèi)外的上市公司表現(xiàn)出了濃厚的興趣，除了近日被“打假”的奧聯(lián)電子外，包括隆基綠能(601012.SH)、天合光能(688599.SH)、通威股份(600438.SH)在內(nèi)的光伏巨頭，乃至造鋰電池的寧德時(shí)代(300750.SZ)，均對(duì)外披露了其在鈣鈦礦領(lǐng)域的技術(shù)布局或搭建中試線的情況。

但同時(shí)記者也注意到，目前明確披露大規(guī)模量產(chǎn)規(guī)劃的有關(guān)廠商并不多，主要的披露信息主要集中在技術(shù)儲(chǔ)備、專利布局等領(lǐng)域?！肮緝?nèi)可能就幾名研究員在做市場(chǎng)及研發(fā)跟進(jìn)，主要的研究力量還是集中在晶硅領(lǐng)域?！币晃宦』G能內(nèi)部的研發(fā)人士向記者表示。

對(duì)此，劉彬認(rèn)為，面對(duì)鈣鈦礦這一新材料，相較于高調(diào)拋出兆瓦級(jí)乃至吉瓦級(jí)量產(chǎn)規(guī)劃的新玩家，傳統(tǒng)光伏電池廠商所呈現(xiàn)出的僅做技術(shù)儲(chǔ)備與跟進(jìn)的“冷淡”態(tài)度，離不開(kāi)該材料當(dāng)下所面臨的一系列制約。

劉彬說(shuō)：“鈣鈦礦是一種軟離子晶體，其穩(wěn)定性不如晶硅，這是鈣鈦礦材料大規(guī)模量產(chǎn)最為致命的劣勢(shì)。最早期的鈣鈦礦電池工作幾分鐘就不行了，雖然現(xiàn)在的穩(wěn)定性有所提高，但還是無(wú)法媲美晶硅材料?！?/p>

劉彬解釋道，鈣鈦礦的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其具有一定的水溶性，因此，在空氣濕度較高的環(huán)境中，水分子可能會(huì)溶解電池材料，直接造成電池出現(xiàn)衰減；其次，過(guò)高的工作溫度也會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化，降低電池性能與工作效率；另外，由于鈣鈦礦電池需要與多種材料共同雜化混合，當(dāng)電極材料中的金屬原子在長(zhǎng)久的工作中擴(kuò)散進(jìn)入鈣鈦礦層后，也會(huì)引發(fā)電池材料分解。

張鵬亦認(rèn)為，鈣鈦礦所存在的不耐高溫、光照、高濕度、易分解等缺陷，正是光伏電池日常工作的縮影，若不能解決上述問(wèn)題，鈣鈦礦電池的大規(guī)模商用恐怕只能存在于幻想當(dāng)中?！斑@么脆弱的材料，用來(lái)組建光伏電站，恐怕會(huì)讓業(yè)主很糟心?！睆堸i調(diào)侃說(shuō)。

據(jù)記者了解，目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在連續(xù)工作兩千小時(shí)后，便會(huì)出現(xiàn)5%左右的功率衰減。而根據(jù)我國(guó)工信部下發(fā)的《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》要求，單晶硅組件首年衰減不超過(guò)3%，多晶硅組件首年衰減不超過(guò)2.5%，以后每年不超過(guò)0.7%，若按照晶硅電池的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，鈣鈦礦電池的壽命還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到大規(guī)模商用的要求。

“鈣鈦礦的效率和穩(wěn)定性目前是存在矛盾的，如何兼顧二者還需要產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步進(jìn)行研究，比如現(xiàn)在提升穩(wěn)定性較好的方法，是通過(guò)良好封裝，來(lái)保護(hù)其中的材料，但代價(jià)就是效率大大降低，可能只有百分之十幾。”劉彬指出。

除了材料本身所具備的先天劣勢(shì)，鈣鈦礦的制造工藝也會(huì)引發(fā)最終成品的效率問(wèn)題。張鵬告訴記者，鈣鈦礦通過(guò)結(jié)晶工藝制造，在大面積的基底上，如何形成一個(gè)穩(wěn)定均勻的薄膜，是一大挑戰(zhàn)，如果成膜的均勻性較差，將會(huì)引發(fā)電路短接，降低器件性能?！耙朐诹慨a(chǎn)中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室般的均勻涂膜，現(xiàn)在工藝上還不太能達(dá)到，所以大面積制備的鈣鈦礦電池效率要遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室里手工搓出來(lái)巴掌大的電池，就算是有90%的轉(zhuǎn)換效率也沒(méi)什么太大意義，滿足不了現(xiàn)實(shí)需求?！睆堸i說(shuō)。

在許生強(qiáng)看來(lái)，相較于已形成完善產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硅電池，鈣鈦礦材料還需要行業(yè)間攜手合作，盡快拿出統(tǒng)一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，才能更好地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地?！艾F(xiàn)在公布中試線或量產(chǎn)規(guī)劃的鈣鈦礦產(chǎn)能基本在百兆瓦級(jí)別，這個(gè)量太小，對(duì)晶硅的市場(chǎng)構(gòu)不成什么影響，另外，如何統(tǒng)一鈣鈦礦壽命、穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也是業(yè)內(nèi)亟須解決的問(wèn)題?！痹S生強(qiáng)表示。