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商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2022-06-21 09:48:03

鈣鈦礦已成為近期光伏市場關(guān)注的技術(shù)焦點。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

近兩年鈣鈦礦不斷吸引資本的眼球,既有光伏業(yè)內(nèi)企業(yè)紛紛研究布局,又有業(yè)界外大佬寧德時代的切入。

作為HJT和TOPCon的下一代技術(shù),鈣鈦礦擁有更高的轉(zhuǎn)換效率,是大佬們爭相追捧的重要原因。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

近期喜迎鈣鈦礦發(fā)展加速的消息,鈣鈦礦設(shè)備龍頭京山輕機已實現(xiàn)裝備突破,晟成光伏團簇型多腔式蒸鍍設(shè)備迎來量產(chǎn)交付,為鈣鈦礦的商業(yè)化加速打了一劑強心針。

今天見智研究帶大家了解一下鈣鈦礦。

01、什么是鈣鈦礦?

自P型電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到瓶頸后,N型電池開始成為市場研究的主流。

目前市場主要N型電池包括HJT、TOPCon和IBC等,HJT最高轉(zhuǎn)化效率目前已超26%,目前平均量產(chǎn)效率超24%。TOPcon量產(chǎn)效率也已經(jīng)能達(dá)到24.6%,晶科能源最新N型TOPCon電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)25.4%。

但是就理論極限而言,晶硅電池理論極限效率為29.4%,TOPCon電池理論極限效率為28.7%,理想條件下最高效率在27.5%;HJT效率上限在28.2%-28.7%。

晶硅電池29.4%的理論效率可能在十年內(nèi)就會遇到瓶頸,所以未來N型電池需要疊加鈣鈦礦層來突破晶硅電池效率極限。HJT相對于其他N型電池而言,更適合采用疊層和鈣鈦礦技術(shù),這也是市場對HJT認(rèn)可的重要原因之一。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

(捷佳偉創(chuàng)行業(yè)會議演示材料,中銀國際證券)

鈣鈦礦其實和“鈣鈦礦”字面意思并沒有什么關(guān)聯(lián)。

真正的意思是指與鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類似的“ABX3”化合物。

所謂鈣鈦礦電池即利用一種新興的鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料,進行光電轉(zhuǎn)換的光伏器件。

鈣鈦礦主要分為單層和疊層,新式單層鈣鈦電池理論效率可達(dá)31%,超過晶硅電池極限;而疊層電池包括晶硅/鈣鈦礦的雙節(jié)疊層轉(zhuǎn)換效率可達(dá)35%,鈣鈦礦三節(jié)層電池理論效率可達(dá)45%以上。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

(上海電力大學(xué)—太陽能研究所)

02、鈣鈦礦電池的優(yōu)缺點

(1)優(yōu)點

鈣鈦礦最大的優(yōu)點就是效率高。因為鈣鈦礦材料吸光性能遠(yuǎn)強于晶硅,能量轉(zhuǎn)換過程損耗低,在室內(nèi)或者弱光的條件下依舊可以實現(xiàn)高能量轉(zhuǎn)換,所以近十年的時間鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率飛速增長,完勝銅銦鎵硒等薄膜電池。

第二個優(yōu)點是成本低。低成本主要體現(xiàn)在原材料和加工兩個環(huán)節(jié),原材料儲量豐富,且電池加工過程的環(huán)境和能耗均較晶硅低。

其他優(yōu)點還包括由于其可以制成彩色和半透明薄膜,可以實現(xiàn)不同的彩色效果,因此可以應(yīng)用到BIPV上,應(yīng)用更多樣。

(2)缺點

鈣鈦礦最大的缺點耐用性差。由于鈣鈦礦屬于離子晶體材料,所以比晶硅脆弱且穩(wěn)定性差,有易氧化和不耐高溫等缺點,壽命短和衰減率高是其一直沒有進入工業(yè)化的重要原因,因為需要額外支付其他成本提高其穩(wěn)定性和耐用性。

其次是涂覆技術(shù)不成熟導(dǎo)致制造困難。因為涂覆技術(shù)不成熟,鈣鈦礦層沒法均勻涂抹在設(shè)備表面,對器件性能有明顯負(fù)面影響,需要提升噴涂工藝。

第三,雖然實驗效率高,但實際轉(zhuǎn)化效率可能低。因為普遍使用TCO(透明導(dǎo)電氧化物)薄膜收集電流,而此類材料的一些物理性質(zhì)會造成光損失,且隨著面積的增大愈發(fā)明顯,這導(dǎo)致鈣鈦礦組件的效率會明顯低于單體電池。

最后還有因為原材料元素含鉛等有毒金屬物而導(dǎo)致不環(huán)保。

03、眾多企業(yè)入局,鈣鈦礦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還要多久?

此前經(jīng)國際權(quán)威機構(gòu)JET第三方認(rèn)證,南京大學(xué)譚海仁及其科研團隊研制的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.0%,在國際上首次超越單晶硅電池的最高效率26.7%,創(chuàng)造了人類光伏發(fā)展的新的歷史。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

(最新太陽能電池的世界紀(jì)錄效率表Solar cell efficiency tables)

近期鈣鈦礦技術(shù)發(fā)展迎來加速。

見智研究統(tǒng)計,目前能布局鈣鈦礦的主流企業(yè)(上市和非上市)已超過20家,其中上市企業(yè)布局鈣鈦礦的在10家左右。

其中老牌光伏企業(yè)隆基、通威、東方日升等均在鈣鈦礦技術(shù)方面已有布局,除光伏龍頭外,鋰電池龍頭寧德時代也涉足鈣鈦礦領(lǐng)域,并在今年業(yè)績說明會上表示,目前鈣鈦礦的研究進展順利,且已經(jīng)正在搭建中試線。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

(見智研究整理)

除了光伏電池公司外,鈣鈦礦光伏設(shè)備公司似乎目前更受關(guān)注。

因為生產(chǎn)電池前需要設(shè)備,所以在電池實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)前先要布局產(chǎn)能,所以設(shè)備要先行于電池產(chǎn)品。

目前上市公司中,國內(nèi)鈣鈦礦設(shè)備的公司有京山輕機、捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、杰普特,其中京山輕機是國內(nèi)鈣鈦礦設(shè)備的領(lǐng)頭羊。

近期鈣鈦礦陸續(xù)傳來好消息,其中最重要的是鈣鈦礦設(shè)備龍頭,京山輕機子公司晟成光伏團簇型多腔式蒸鍍設(shè)備量產(chǎn)交付,晟成光伏鈣鈦礦電池團簇型多腔式蒸鍍設(shè)備也已具備成熟的供貨能力。

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命

商業(yè)化節(jié)點將至,鈣鈦礦“攪動”光伏下一次降本革命
 

(晟成光伏團簇型多腔式蒸鍍設(shè)備)

京山輕機本是做瓦楞紙包裝機械的龍頭,2021年其子公司晟成光伏投資10億新建智能裝備制造中心,項目用于新增高端光伏組件設(shè)備生產(chǎn)線以及建立制備異質(zhì)結(jié)和鈣鈦礦疊層電池核心設(shè)備研發(fā)機構(gòu)。

同年5月又牽手協(xié)鑫光電推進鈣鈦礦疊層電池技術(shù)合作開發(fā)。一年的時間完成了鈣鈦礦設(shè)備的量產(chǎn)交付,可以說鈣鈦礦的進展超出了業(yè)內(nèi)預(yù)期。

但見智研究認(rèn)為,雖然目前鈣鈦礦技術(shù)進展較快,但離大規(guī)模量產(chǎn)預(yù)計至少要3年的時間,預(yù)計今年全球鈣鈦礦產(chǎn)能規(guī)模在1.5-2GW之間。國內(nèi)協(xié)鑫光電投建的全球首條100MW量產(chǎn)線已在昆山完成廠房和主要硬件建設(shè),將在今年投入量產(chǎn)。

總結(jié)

整體而言,見智研究認(rèn)為,光伏作為非常重視降本增效的行業(yè),效率最高、成本低、易量產(chǎn)的技術(shù)路線才能在最終勝出。

目前看鈣鈦礦與晶硅的疊層電池至少在效率層面是最優(yōu)的,但是仍需要考慮成本以及投產(chǎn)難度等等問題,但近期鈣鈦礦效率和產(chǎn)業(yè)成績的持續(xù)突破反應(yīng)進展在加速,鈣鈦礦量產(chǎn)速度或?qū)⑻崆啊?/p>

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