鈣鈦礦電池的商業(yè)化會(huì)比許多人想象中要快

“鈣鈦礦技術(shù)的發(fā)展大局目前已經(jīng)很明確很清晰了，看不到這一點(diǎn)的人可能會(huì)因此延誤進(jìn)入時(shí)機(jī)。”對于鈣鈦礦光伏電池技術(shù)的商業(yè)化量產(chǎn)，一位回國創(chuàng)業(yè)于鈣鈦礦領(lǐng)域的博士信心實(shí)足。

據(jù)這位不愿意透露姓名的博士介紹，除了他所在的公司，目前全球范圍內(nèi)多家公司都不約而同提速了鈣鈦礦電池商業(yè)化量產(chǎn)的步伐，其中據(jù)說也包括那家中國西部的單晶硅龍頭企業(yè)在內(nèi)。“從他們近期暗中的招聘情況來看，應(yīng)該是已經(jīng)開始在為商業(yè)化試生產(chǎn)做準(zhǔn)備了。”

在研發(fā)方面，“幾乎所有的理工科院校都在開展鈣鈦礦技術(shù)的研究，已經(jīng)為行業(yè)積累了大量的人才。”

他認(rèn)為，作為中國光伏行業(yè)第?次從研發(fā)階段就參與了的光伏發(fā)電技術(shù)，鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化時(shí)機(jī)已經(jīng)逐漸成熟，其商業(yè)化發(fā)展速度很可能會(huì)超過許多人的想象。

原材料決定技術(shù)的前景

在他看來，一項(xiàng)技術(shù)是否有前途，可以從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和原材料的易獲得性兩個(gè)方面來進(jìn)行判斷。

“一項(xiàng)新技術(shù)的推廣，首先要有一個(gè)成熟產(chǎn)業(yè)的技術(shù)作為支撐，正如晶硅電池的產(chǎn)業(yè)化有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)一樣，鈣鈦礦電池的制造產(chǎn)完全可以采用液晶面板行業(yè)的設(shè)備和技術(shù)，而且對技術(shù)和工藝的要求同樣也要更低一些。”

也就是說，與晶硅電池使用“降維”了的半導(dǎo)體設(shè)備和工藝一樣，鈣鈦礦電池也只需要“降維”的液晶面板生產(chǎn)設(shè)備和工藝即可。

其次，原材料不能稀缺。

“鈣鈦礦是一種化合物電池，其原材料來源于基礎(chǔ)化工材料，有多達(dá)幾萬種原材料可供選擇，怎么可能會(huì)出現(xiàn)短缺問題?”

而相比晶硅電池對硅料的需求，鈣鈦礦電池對于原材料的需求也要少得多。一塊72片電池的晶硅組件對硅的消耗量約為1公斤，而同等面積的鈣鈦礦電池組件只需要鈣鈦礦材料2克左右。

稀缺問題之外，在這位博士看來，材料的可突破性對于技術(shù)的發(fā)展前景可能更為重要。他認(rèn)為，只有依托于那些具有可設(shè)計(jì)性和可迭代性材料的技術(shù)，未來才有更大的發(fā)展空間。

“人類使用材料是從簡單到復(fù)雜，再到能夠設(shè)計(jì)材料，這是一個(gè)終極的路徑。”他說，近年來鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率之所以上升這么快，一個(gè)最根本的原因，就是因?yàn)殁}鈦礦是一類材料，而不是一種材料。

“而晶硅電池和其他薄膜電池基本上都是一種或幾種材料，還很難找到替代。”

“最佳光伏電池材料”

他認(rèn)為，鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，決定了其“甚至可以說是目前為止已發(fā)現(xiàn)的最佳光伏電池材料。”

他介紹說，鈣鈦礦的激發(fā)肽是三線肽，基肽是單線肽，其載流子在激發(fā)之后掉不回來，因?yàn)檩d流子在三線肽和單線肽之間躍遷很困難。而晶硅的激發(fā)肽和基肽都是單線肽，載流子激發(fā)出去之后很容易掉回來，這導(dǎo)致晶硅對于雜質(zhì)非常敏感，也正是為什么晶硅電池所用硅料純度要到六個(gè)9以上的原因。

“而鈣鈦礦對雜質(zhì)并不敏感，純度只需要做到90%就足夠了，甚至為了增加材料之間的強(qiáng)度，還可以在涂布時(shí)主動(dòng)添加粘合劑、增強(qiáng)劑一類的‘雜質(zhì)’。”他認(rèn)為，這無異于是打開了一個(gè)巨大的空間。

在轉(zhuǎn)換效率提升方面，鈣鈦礦也更具空間。

“目前多晶電池的實(shí)驗(yàn)室效率是22.3%，PERC電池已經(jīng)做到了20.3%，只有兩個(gè)點(diǎn)左右的差距了。而鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率是中國科學(xué)院創(chuàng)造的23.7%，我們的組件效率目前應(yīng)該是全球最高的，是15.3%，還有8個(gè)點(diǎn)的差距，提升空間很大。”

鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率的提升速度，更是令人感到恐怖。從2012年有科研團(tuán)隊(duì)發(fā)布第一個(gè)鈣鈦礦電池效率以來，短短六七年就增長到了20%以上。而晶硅技術(shù)達(dá)到這一效率，則花了幾十年的時(shí)間。

“即使是現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室效率，也已經(jīng)超過多晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒，只僅次于單晶了。如果照這個(gè)趨勢繼續(xù)下去，過兩三年肯定會(huì)超過單晶。”

在更重要的成本方面，按照這位博士的測算，如果量產(chǎn)的鈣鈦礦組件效率達(dá)到18%，其制造成本將只有單晶的一半甚至更低，而由于無光衰等優(yōu)勢，其單瓦實(shí)際發(fā)電量很可能會(huì)多出20%左右，競爭優(yōu)勢十分明顯。

商業(yè)化的最大障礙

不少人認(rèn)為，穩(wěn)定性是鈣鈦礦技術(shù)商業(yè)化量產(chǎn)將要面臨的最大問題。

“如果你一直關(guān)注鈣鈦礦技術(shù)的發(fā)展，就會(huì)知道，從2019年開始，穩(wěn)定性就已經(jīng)不是問題了。”

據(jù)他介紹，近兩年學(xué)術(shù)界提出了很多鈣鈦礦材料的新配方，在實(shí)驗(yàn)室條件下，多數(shù)配方都能實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作1000小時(shí)而衰減低于1%，差一點(diǎn)的也能達(dá)到連續(xù)工作1000小時(shí)衰減低于5%。

“這已經(jīng)達(dá)到了晶硅電池的技術(shù)指標(biāo)”。他說。

就穩(wěn)定性的其他方面來看，他認(rèn)為，那其實(shí)是晶硅組件和鈣鈦礦組件的共性問題。“比如封裝，技術(shù)是通用的，只要晶硅能做好，鈣鈦礦一樣能做好，鈣鈦礦并不比晶硅更怕水。”

在熱穩(wěn)定性方面，按照國際通行的“雙85”檢測標(biāo)準(zhǔn)，他們的鈣鈦礦組件經(jīng)過連續(xù)1000小時(shí)的測試，衰減明顯低于5%，符合現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)。

在這位博士看來，其實(shí)最值得關(guān)注的指標(biāo)是電池的光穩(wěn)定性問題，因?yàn)檫@直接影響光伏發(fā)電項(xiàng)目的長期收益。

“早期的鈣鈦礦電池配方的光衰確實(shí)很嚴(yán)重，電池不封裝的話一兩個(gè)月就完蛋了。這個(gè)問題后來在材料上得到解決，從2016年開始我們就隨時(shí)能做到連續(xù)工作1000小時(shí)而衰減在1%以內(nèi)，下一步則是在組件上驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果。”他說，他們正在通過權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)對上述結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

當(dāng)然，鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化畢竟是一項(xiàng)從頭開始研發(fā)的工作，不可能完全不存在問題，他并不諱言這一點(diǎn)。

“鈣鈦礦商業(yè)化量產(chǎn)最主要的技術(shù)難點(diǎn)，其實(shí)是在結(jié)晶環(huán)節(jié)，這類似于拉單晶的長晶過程，但不需要拉單晶那么高的溫度。這是一個(gè)需要控制晶體按照需要的狀態(tài)生長的過程，不但要求晶體生長致密、整齊，還要求尺寸大小一致和合適，且相互間沒有孔隙。”

在實(shí)驗(yàn)室數(shù)寸見方的面積上做到這一點(diǎn)并不難，但要在量產(chǎn)時(shí)一兩平米的面積上如此均勻涂布，則不那么容易。他說，這一步跨越是最難的，加上市場上沒有現(xiàn)成的設(shè)備和工藝，完全要靠自己一點(diǎn)一點(diǎn)研發(fā)和摸索。

“這是整個(gè)技術(shù)的難點(diǎn)，也是商業(yè)化量產(chǎn)的最大挑戰(zhàn)。”

不過，“目前組件效率做到了15%以上，已經(jīng)打開了整個(gè)技術(shù)的發(fā)展空間，穩(wěn)定性也經(jīng)過了驗(yàn)證，有了這兩點(diǎn)，其實(shí)技術(shù)發(fā)展的大勢已經(jīng)很明確，即使我們做不到，也肯定有其他人能做到。”