文|阿爾法工場 文心
鈣鈦礦真“上天”了。
12月14日，協(xié)鑫光電宣布369mm×555mm鈣鈦礦疊層組件光電轉(zhuǎn)換效率達到26.34%。
而11月23日，協(xié)鑫光電剛產(chǎn)出“全球第一塊真正意義上的鈣鈦礦疊層組件”——在279mm×370mm面積的同類型組件效率達到26.17%。
不到一個月，鈣鈦礦疊層組件面積擴大一倍，效率再破世界紀錄。
這中間，12月9日，藍箭航天朱雀二號遙三運載火箭，將攜帶協(xié)鑫鈣鈦礦的組件發(fā)射到太空，真的“上了天”。
接連取得重大進展，被市場熱捧“上天”的鈣鈦礦，無疑向產(chǎn)業(yè)化又進了一步。
01、前景星辰大海？
鈣鈦礦是一種常見的晶體結(jié)構(gòu)材料，因為分子結(jié)構(gòu)式ABX3與礦物質(zhì)鈦酸鈣CaTiO3相似而得名。
從產(chǎn)品路線來看，鈣鈦礦電池可分為單結(jié)電池和疊層電池。單結(jié)鈣鈦礦電池指只有一個PN結(jié)的鈣鈦礦太陽能電池，疊層電池包括全鈣鈦礦疊層，或者鈣鈦礦與晶硅疊層。
從技術(shù)路線來看，目前鈣鈦礦-晶硅疊層電池最為接近產(chǎn)業(yè)化，其中與異質(zhì)結(jié)疊層匹配度最好、效率最高。
不過，光伏界的普遍共識是，全鈣鈦礦疊層電池才是鈣鈦礦的終極方案。
全鈣鈦礦疊層電池是以寬帶隙鈣鈦礦電池為頂電池、窄帶隙鈣鈦礦電池為底電池，兩層都可調(diào)節(jié)帶隙，最大范圍地對太陽光譜高效利用。全鈣鈦礦疊層電池最高理論效率可達43%以上，遠超市面上其他技術(shù)路線。
這就引出鈣鈦礦區(qū)別于晶硅等其他技術(shù)路線的優(yōu)勢之一——光電轉(zhuǎn)換效率上的限高。
市場份額超95%的晶硅電池，已越來越接近29.4%的理論效率天花板。而單結(jié)鈣鈦礦電池理論效率33%，且通過調(diào)整ABX3中個各元素的配比，與其他材料進行雙節(jié)、三節(jié)疊層，得到所需要的理想帶隙，進而分別達到35%和45%的理論轉(zhuǎn)換效率，遠遠超過晶硅電池極限。
由于轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢，許多光伏組件龍頭都在發(fā)力鈣鈦礦疊層發(fā)展路線，比如隆基綠能（601012.SH）、天合光能（688599.SH）等研發(fā)鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池，晶科能源（688223.SH/JKS.N）專注布局鈣鈦礦/TOPCon疊層太陽能電池，寶馨科技（002514.SZ）則聚焦于鈣鈦礦/異質(zhì)結(jié)疊層電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。
除了擁有更高的轉(zhuǎn)換效率理論極限，鈣鈦礦電池成長速度遙遙領(lǐng)先，發(fā)展前景一片星辰大海。
2009年，首塊鈣鈦礦光伏電池橫空出世，其效率僅為3.8%。到了2019年，僅用10年時間，鈣鈦礦電池的實驗室效率就提升至25.8%。相比之下，主流晶硅電池用了近40年才完成同等級跨越。
在轉(zhuǎn)換效率的提升上，鈣鈦礦“嬰兒學步”的速度遠遠高于晶硅電池。
近年來鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化不斷取得突破，刷新紀錄的速度也令人咋舌。
11月3日，光伏“一哥”隆基綠能宣布鈣鈦礦/晶硅疊層電池經(jīng)NREL認證效率達33.9%，刷新世界紀錄。
20天之后，協(xié)鑫光電在279mm×370mm面積基礎(chǔ)的鈣鈦礦疊層組件效率達到26.17%，號稱是全球第一塊真正意義上的鈣鈦礦疊層組件。12月14日再度取得前文提及的突破。
另一鈣鈦礦企業(yè)極電光能也在11月27日宣布，經(jīng)權(quán)威檢測其1.2m×0.6m商用尺寸鈣鈦礦組件全面積效率達到18.2%，對應(yīng)的最大功率131.07瓦，孔徑（AP）面積效率高達19.55%。
除了轉(zhuǎn)換效率，鈣鈦礦另一大競爭力在于極具成本優(yōu)勢。
晶硅路線效率逼近理論極限，技術(shù)迭代能夠帶來的增效空間漸漸枯竭，就只剩下“降本”唯一的一條路可走。受益于近期不斷走低的硅片價格，晶硅組件成本也在持續(xù)下降。
可一旦鈣鈦礦實現(xiàn)了規(guī)?；慨a(chǎn)，這種程度的成本降幅就顯得小巫見大巫。
鈣鈦礦的成本優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面，材料成本和制造成本。
從材料成本來看，鈣鈦礦是人工合成材料，目前主流元素是碳、氫、氮、鉛和碘，不含有任何稀缺材料且儲量豐富，規(guī)?；圃觳皇茉牧舷拗?，因此成本極低。同時鈣鈦礦厚度很薄，約0.3微米，相對于180微米的晶硅電池厚度，材料用量也大幅減少。
從生產(chǎn)制造端來看，太陽能級硅料至少需要99.9999%純度，晶硅電池在轉(zhuǎn)換效率上一分一毫的提升，都將進一步提高對硅純度的苛刻要求，極大地抬高了設(shè)備成本和制造成本。
相比之下，鈣鈦礦材料只需要95%的純度即可。同時，鈣鈦礦不需要像硅一樣反復以數(shù)千度的高溫提純，通常在不超過150度的低溫環(huán)境中制備，兩者生產(chǎn)能耗相差巨大。綜合比較下，鈣鈦礦光伏電池組件單瓦能耗僅為晶硅組件的1/10。
除了高轉(zhuǎn)化效率和低發(fā)電成本的這兩項核心優(yōu)勢，鈣鈦礦還擁有更好的弱光性能，且外觀、形態(tài)可調(diào)，這也就意味著更多的應(yīng)用場景。
然而，在鈣鈦礦尚未邁出商業(yè)化步伐之前，以上優(yōu)勢在短時間內(nèi)都難實現(xiàn)。即便如此，鈣鈦礦仍然成為今年光伏行業(yè)投資的“香餑餑”主題，驅(qū)使大批玩家“跑步入場”。
02、新玩家“跑步進場”
鈣鈦礦雖然聽起來很“高端”，但產(chǎn)線投資成本相對晶硅等其他技術(shù)路線卻更為低廉，這恰恰吸引眾多公司特別是新玩家紛紛涌入的一個重要因素。
傳統(tǒng)的晶硅組件分為硅料、硅片、電池片、組件四個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要四個不同的工廠進行專門生產(chǎn)。即使所有環(huán)節(jié)無縫對接，整體也要耗時三天以上才能完成。1GW產(chǎn)能合計所需投資金額接近10億元。
相比之下，鈣鈦礦電池的生產(chǎn)流程簡單，僅需要在一個工廠內(nèi)鋪設(shè)一條300百米長的全自動生產(chǎn)線，在45分鐘內(nèi)就能實現(xiàn)電池組件的完整生產(chǎn)流程，產(chǎn)業(yè)鏈條顯著縮短。1GW產(chǎn)能所需投資額僅為晶硅的一半。
在光伏組件價格走低逼近成本線的現(xiàn)狀下，光伏組件商們密切關(guān)注更有前景的技術(shù)路線，以圖站在下一代技術(shù)迭代的前沿，即使目前鈣鈦礦商業(yè)化尚處于“0-1”早期階段。
大體看，鈣鈦礦軍備競賽已經(jīng)演變成陣營之間的“三國殺”。
第一陣營，是在次世代的光伏技術(shù)路線競爭中擔憂失勢的晶硅電池龍頭，代表企業(yè)為協(xié)鑫光電、隆基綠能、天合光能、通威股份（600438.SH）等。
晶硅電池企業(yè)在鈣鈦礦的拓展方向，主要以鈣鈦礦/晶硅兩端疊層為主。晶硅電池企業(yè)本身掌握成熟的晶硅技術(shù)，疊層電池則有望使其利用原有產(chǎn)線和技術(shù)積累，延續(xù)降本增效產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。
因此，大部分晶硅電池龍頭企業(yè)都難以放棄對鈣鈦礦的布局，畢竟若任一家廠商率先突破鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化難題，對同行的降維打擊有可能是毀滅級的。
第二陣營是試圖打破現(xiàn)有光伏格局、以單點突破的新勢力，代表企業(yè)有纖納光電、極電光能、曜能科技等。
大多數(shù)初創(chuàng)公司選擇以單結(jié)鈣鈦礦起步。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，單結(jié)鈣鈦礦工業(yè)化制造已形成基本工藝方案，技術(shù)難度相對簡單。
還有一部分創(chuàng)業(yè)公司則選擇鈣鈦礦疊晶硅和鈣鈦礦疊鈣鈦礦。曜能科技稱，目前團隊自主研發(fā)的小面積鈣鈦礦/晶硅兩電極疊層電池器件效率已超過32%，大面積穩(wěn)態(tài)效率已達到30.44%，從數(shù)據(jù)上看，是目前全球有數(shù)據(jù)公布的大面積疊層電池最高效率。
第三陣營是光伏圈外的跨界玩家群體。比如顯示面板龍頭京東方（000725.SZ）近日宣告正式進軍光伏鈣鈦礦領(lǐng)域。
鈣鈦礦的熱風，也刮到了隔壁的新能源汽車市場。
比亞迪（002594.SZ/1211.HK）在11月17日機構(gòu)調(diào)研時表示，公司擁有專業(yè)的鈣鈦礦太陽能技術(shù)研發(fā)團隊，并成立有光伏技術(shù)研究院，將不斷加大相關(guān)研發(fā)投入。長城汽車（601633.SH/2333.HK）去年與江蘇省錫山經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)簽署戰(zhàn)略協(xié)議，投資30億元規(guī)劃建設(shè)全球首條GW級鈣鈦礦光伏組件及BIPV產(chǎn)品生產(chǎn)線，該項目今年4月已開工。
新能源車企跨界進軍鈣鈦礦有協(xié)同性在。由于鈣鈦礦材料很薄且具有高柔性的優(yōu)點，未來有很大潛力能應(yīng)用于汽車玻璃頂以增加行駛里程。
03、取代晶硅，為時過早
無論鈣鈦礦多么風光無兩，但處于產(chǎn)業(yè)化初期亦是現(xiàn)實。
鈣鈦礦面臨的技術(shù)瓶頸，需要多輪技術(shù)迭代、延續(xù)和傳承，以及不斷地試錯修正，靠“短期催熟”不可能畢其功于一役。
需要突破的兩大關(guān)鍵技術(shù)，一是穩(wěn)定性，二是大面積制備。
穩(wěn)定性是第一大致命瓶頸，尚無圓滿解決方案。
目前鈣鈦礦電池持續(xù)光照時間最長約10000小時，若按平均日照時長4小時計算，理論壽命僅6.8年，遠低于晶硅電池25-30年的理論壽命。
晶硅“堅如磐石”的分子結(jié)構(gòu)，加工難度高，耗能也高，但穩(wěn)定性和耐用性也極高。而鈣鈦礦是一種軟離子晶體，其結(jié)構(gòu)在高濕度下易分解；生成溫度較低，逆分解所需能量也較低，存在不耐高溫、不耐光照等缺陷，造成組件效率降低甚至失效，其穩(wěn)定性遠不如金剛石結(jié)構(gòu)的晶硅。
換句話說，不耐光、不耐熱、還怕水的鈣鈦礦，現(xiàn)階段還難以適應(yīng)光伏組件熱、曬、濕的常態(tài)環(huán)境。
現(xiàn)階段，鈣鈦礦太陽能電池在連續(xù)工作兩千小時后，便會出現(xiàn)5%左右的功率衰減。而根據(jù)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3%，多晶硅組件首年衰減不超過2.5%，以后每年不超過0.7%。因此，按照晶硅電池的標準來看，鈣鈦礦電池的壽命還遠遠達不到大規(guī)模商用的要求。
另一大技術(shù)難題，來自大面積制備。
膜層制作工藝是限制鈣鈦礦電池大面積化的主要因素。在實驗室過程中，大多借助旋涂儀使用旋涂法制備小面積鈣鈦礦電池，但若放在大面積工業(yè)化生產(chǎn)上，高轉(zhuǎn)速的旋涂儀難以進行連續(xù)、大面積的沉積，無法規(guī)?；涞?。
此外，電池面積擴大會降低電池效率，而鈣鈦礦結(jié)晶時間短，工藝窗口小。當制作尺寸放大后，鈣鈦礦薄膜容易出現(xiàn)孔洞和厚度不均勻等現(xiàn)象，使得大面積電池制備造成的效率損失更大。因此，大面積鈣鈦礦的效率遠低于小面積的實驗室效率。
為此，各廠商還在膜層制作新技術(shù)手段、優(yōu)選材料及組分和封裝工藝等方面尋找多方面探索，試圖突破大面積制備難題。但均存在相應(yīng)的局限性，標準化方案尚未確定。
目前來看，晶硅電池短期內(nèi)完全被鈣鈦礦取代仍是“鏡花水月”。斷定鈣鈦礦成為光伏組件終極路線，尚言之過早。
04、長期“輸血”，方見真章
鈣鈦礦技術(shù)突破連續(xù)“刷屏”，給整個行業(yè)又打了一針強心劑。
在代際競爭的大背景下，晶硅電池仍占絕對統(tǒng)治地位，薄膜電池難以接過大旗，挑戰(zhàn)晶硅霸主地位的期待都落在鈣鈦礦的身上。
晶硅電池之所以屹立不倒，靠的是成熟的工藝以及全生命周期的成本效益優(yōu)勢。而決定鈣鈦礦能否替代晶硅光伏或進行錯位競爭，絕不僅僅是理論上的轉(zhuǎn)換效率極限或單一的組件成本優(yōu)勢，而需放長遠眼光，考慮鈣鈦礦的全生命周期各階段的綜合成本——這需要時間和經(jīng)驗的積累，并不是一蹴而就。
即便面對如此大的發(fā)展桎梏，眾多玩家仍迫不及待地紛紛下注，無疑是看好鈣鈦礦高成長的前景。
現(xiàn)實情況是，鈣鈦礦暫時還是一門“賠錢的生意”——專注該領(lǐng)域的項目自身無法造血，只能依靠投資人的持續(xù)輸血才能生存下去。
鈣鈦礦距離商業(yè)化還有很長的路要走。專家預測，五年內(nèi)鈣鈦礦組件才能實現(xiàn)量產(chǎn)。這意味著，鈣鈦礦投資并非一時，而是一個持續(xù)長線的代際競爭，需要幾代“輸血”才能拉開競爭力差距。
持續(xù)燒錢的項目，令如今的投資者偏好理性甚至保守。
某長期關(guān)注鈣鈦礦的投資人認為，年初鈣鈦礦項目的爆火，一方面是新能源熱點余熱未消，一方面則是當時資本無處可去，非理性追逐新技術(shù)新概念?，F(xiàn)如今一級市場退出路徑趨緊，早先鈣鈦礦項目動輒幾億甚至幾十億的估值融資，后續(xù)輪次很可能令投資機構(gòu)望而卻步。
鈣鈦礦早期項目多以兆瓦級為主，光伏龍頭企業(yè)現(xiàn)金流尚能覆蓋，而缺乏自身造血能力的初創(chuàng)企業(yè)，須依靠持續(xù)融資才能生存下去。
為解決近在眼前的鈣鈦礦材料穩(wěn)定性和大面積制備難題，可預見的花費就有巨額材料研發(fā)投入以及設(shè)備支出。現(xiàn)階段鈣鈦礦離真正的要算成本賬、設(shè)備賬的階段還需要很長時間。已投入金額相比鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化需要的資金體量，可以說九牛一毛。
考慮到鈣鈦礦技術(shù)迭代周期較長，投資人在短期內(nèi)“燒出來”的技術(shù)優(yōu)勢，猶如曇花一現(xiàn)。對于鈣鈦礦這場馬拉松的競跑者，只有持續(xù)、高強度的投入，才能維持住相對的技術(shù)優(yōu)勢，稍有放松就會被彎道超車。
一個類似的例子是“十年磨一劍”的京東方。
京東方連續(xù)十多年對液晶顯示技術(shù)鍥而不舍地投入，靠股東、政府和銀行持續(xù)輸血，撐到第5代才實現(xiàn)液晶顯示屏自主生產(chǎn)，直到第10代才成為全球液晶顯示領(lǐng)域的領(lǐng)導者。
如果在把鈣鈦礦看作光伏行業(yè)的“價值投資”，投資者不僅要做好長線“持股”的準備，還要承擔長周期技術(shù)更迭帶來的不確定性風險。
終局遠未明朗之前，下注各方應(yīng)對可能到來的“舞場泡沫”保持警惕。