瞻觀前沿

鈣鈦礦作為新興的太陽能電池材料，具有良好的光電轉(zhuǎn)換性能，但傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝復雜，成本高昂，限制了其在大規(guī)模應用中的發(fā)展。

近日，由英國劍橋大學、澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織(CSIRO)等機構(gòu)科學家組成的國際科研團隊，歷經(jīng)10年研發(fā)，利用鈣鈦礦創(chuàng)造了下一代卷對卷印制太陽能電池能效新紀錄，并于12日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

據(jù)悉，這項研究的負責人之一、CSIRO首席研究科學家度晶·瓦克博士介紹說，他們最新研制出的印刷太陽能電池板利用了鈣鈦礦這一新興的太陽能電池材料，這種材料可以配制成油墨并用于工業(yè)打印機。與此同時，他們還通過專業(yè)的碳油墨，減少了在生產(chǎn)中使用昂貴金屬(如黃金)的需求，進一步降低了生產(chǎn)成本。

他們表示，這些電池在單個小面積電池的功率轉(zhuǎn)換效率高達15.5%，串聯(lián)互連電池的功率轉(zhuǎn)換效率高達11.0%。這意味著他們成功地解決了低成本卷對卷生產(chǎn)大面積鈣鈦礦太陽能模塊的關(guān)鍵難題。

更為重要的是，他們還在商用基板上展示了世界上首個完全卷對卷制造的鈣鈦礦太陽能模塊(包括背電極)。這是一個里程碑式的突破，將為太陽能電池的生產(chǎn)帶來革命性的變革。通過開發(fā)出一種鈣鈦礦碳油墨，以取代真空加工的金屬電極，他們成功地降低了成本，實現(xiàn)了高通量、無真空地制造出鈣鈦礦太陽能電池。

（圖片來源：攝圖網(wǎng)）

技術(shù)價值觀察

鈣鈦礦電池屬于第三代新型太陽能電池，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理和硅基電池差異較大，需全新的工藝流程和產(chǎn)線設備，因此產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)差異較大。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈上游包括TCO玻璃、靶材、POE膠膜、丁基膠等輔材以及鍍膜設備、涂布設備、激光設備、封裝設備等設備，其中以鍍膜設備(PVD、RPD)、涂布機、激光設備為核心;中游為鈣鈦礦電池及組件制造;下游為鈣鈦礦電池應用，包括BIPV(光伏建筑一體化)、車載光伏、室內(nèi)光伏等。

科學家歷經(jīng)10年研發(fā)，研制出的印刷太陽能電池板利用了鈣鈦礦這一新興的太陽能電池材料，這種材料可以配制成油墨并用于工業(yè)打印機。該技術(shù)處于鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

中國鈣鈦礦電池行業(yè)競爭者入場進程

從企業(yè)入場進程來看，天合光能、隆基綠能、晶澳科技等上市企業(yè)均較早入局電池行業(yè);纖納光電、萬度光能、曜能科技、大正微納、協(xié)鑫光電等非上市企業(yè)集中于2015年之后入場，專注鈣鈦礦電池研發(fā);仁爍光能最晚入場，于2021年成立，為行業(yè)內(nèi)唯一一家全鈣鈦礦疊層電池企業(yè)。

鍍膜、涂布、激光刻蝕為制備過程核心環(huán)節(jié)

鈣鈦礦電池在結(jié)構(gòu)上由多個功能薄膜疊加而成，其制備在方法上也是在基底上一層層累置薄膜而成。整個過程中三層薄膜(空穴傳輸層HTL、鈣鈦礦層、電子傳輸層ETL)制備最為關(guān)鍵，鍍膜、涂布、激光刻蝕為核心環(huán)節(jié)，鍍膜設備(PVD、RPD)、激光設備和涂布機為核心設備。

以反式平面結(jié)構(gòu)為例，其工藝流程為：導電透明玻璃制備-激光P1刻蝕-制備第一傳輸層薄膜-退火/干燥-制備鈣鈦礦層薄膜-退火烘干-制備第二傳輸層薄膜-退火/干燥-激光P2刻蝕-底電極(背電極)制備-激光P3刻蝕-激光清邊-測試分揀和封裝。鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)共需要鍍膜設備、激光設備、涂布設備和封裝設備4種設備，需進行3次鍍膜、3次激光刻蝕+1次激光清邊。制備過程中，材料、工藝、設備共同鑄就鈣鈦礦電池企業(yè)的核心競爭力，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來關(guān)鍵設備的投資機會。

鈣鈦礦電池生產(chǎn)效率高、制程耗時短

與晶硅太陽能電池相比，鈣鈦礦電池的制程耗時明顯減少，一體化工廠生產(chǎn)效率大大提高。晶硅電池需要至少在四個不同的工廠分別加工硅料、硅片、電池、組件，單位制程至少需要3天以上，同時還需要大量的人力、運輸成本等。根據(jù)協(xié)鑫納米的數(shù)據(jù)，鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)流程較為簡單，僅需45分鐘就可將玻璃、膠膜、靶材、化工原料等在一個工廠內(nèi)加工成組件，極大地縮短了制程耗時，簡化了流程，價值高度集中。

中國鈣鈦礦電池技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)強相關(guān)的城市集群主要集中在華東地區(qū)，尤其是 揚州市成為重點發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于鈣鈦礦電池研發(fā)，成為潛在的鈣鈦礦電池技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布華東地區(qū)有極大的可能性成為鈣鈦礦電池技術(shù)的先導區(qū)域。重點關(guān)注江蘇省揚州市高郵市、江蘇省常州市天寧區(qū)、江蘇省常州市鐘樓區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場。

經(jīng)濟學人APP資訊組

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標簽： 電池 鈦礦 太陽能電池 隨筆