瞻觀前沿

日前，我國(guó)學(xué)者成功為抗老化的遠(yuǎn)距離充電量子電池設(shè)計(jì)出了藍(lán)圖，其尺寸更小、充電功率更強(qiáng)、充電容量更高。該研究由湖北大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、蘭州大學(xué)等單位的研究者共同合作完成，研究成果近日發(fā)表于國(guó)際物理學(xué)知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授安鈞鴻表示，和依賴(lài)鋰等材料儲(chǔ)存電荷的傳統(tǒng)化學(xué)電池不同，量子電池利用微觀系統(tǒng)的量子能級(jí)存儲(chǔ)能量，既不會(huì)閃爆，也不會(huì)污染環(huán)境。審慎樂(lè)觀地預(yù)測(cè)，未來(lái)一旦研發(fā)出量子電池，光伏的光電轉(zhuǎn)換效率將得到顯著提高。

盡管量子電池的研究取得了快速發(fā)展，但是它的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用仍然面臨挑戰(zhàn)。比如，受環(huán)境影響量子電池容易老化、能量耗散;隨著充電器與電池間距的增大，充電效率與功率均會(huì)變低。為了同時(shí)克服這兩大挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的量子電池方案。在該方案中，兩個(gè)二能級(jí)原子分別作為充電器和量子電池，被放置在一個(gè)矩形金屬波導(dǎo)管中，這樣做可以實(shí)現(xiàn)量子電池非接觸式遠(yuǎn)距離充電，有效解決量子電池的能量耗散問(wèn)題和距離限制問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)量子電池的持久高效性能。

安鈞鴻表示，這項(xiàng)研究工作對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)量子電池的物理實(shí)現(xiàn)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)鏈一般包括上游的原材料，如硅片、銀漿、純堿、石英砂等，以及將原材料進(jìn)行加工，制造成硅棒、硅錠和硅片等;中游分為兩大部分，光伏電池板及光伏組件;下游為太陽(yáng)能電池，光伏的應(yīng)用領(lǐng)域，包括電站系統(tǒng)的集成和運(yùn)行。目前中國(guó)太陽(yáng)能行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈較為完整，市場(chǎng)需求量大。

量子電池屬于第三代太陽(yáng)能電池，也是目前最尖端、最新的太陽(yáng)能電池之一。我國(guó)學(xué)者設(shè)計(jì)出可高效遠(yuǎn)程充電的量子電池藍(lán)圖。因此，從太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)鏈上看，該電池技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——光伏發(fā)電技術(shù)全景圖

光伏發(fā)電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈中游為電池片、電池組件和系統(tǒng)集成，其中各類(lèi)光伏電池技術(shù)為重點(diǎn)技術(shù)路線。根據(jù)半導(dǎo)體材料的不同，光伏電池技術(shù)主要包括晶硅電池、薄膜電池以及疊層和新結(jié)構(gòu)電池(第三代電池)。

晶硅電池是研究最早、最先進(jìn)入應(yīng)用的第一代太陽(yáng)能電池技術(shù)，按照材料的形態(tài)可分為單晶硅電池和多晶硅電池，其中單晶硅電池根據(jù)基體硅片摻雜不同又分為P型電池和N型電池。目前應(yīng)用最為廣泛的單晶PERC電池即為P型單晶硅電池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太陽(yáng)能電池技術(shù)主要是指N型單晶硅電池。

薄膜光伏電池分為硅基薄膜電池和化合物薄膜電池，以銅銦稼硒(CIGS)、銻化鎘(CdTe)和砷化鎵(GaAs)等的化合物薄膜電池為代表。

疊層、新結(jié)構(gòu)電池包括有機(jī)太陽(yáng)能電池、銅鋅錫硫化物電池、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池、量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池等。

——全球太陽(yáng)能電池行業(yè)技術(shù)來(lái)源國(guó)分布

目前，全球太陽(yáng)能電池第一大技術(shù)來(lái)源國(guó)為中國(guó)，我國(guó)太陽(yáng)能電池專(zhuān)利申請(qǐng)量占全球太陽(yáng)能電池專(zhuān)利總申請(qǐng)量的42.31%;其次是日本，日本太陽(yáng)能電池專(zhuān)利申請(qǐng)量占全球太陽(yáng)能電池專(zhuān)利總申請(qǐng)量的20.70%。韓國(guó)和美國(guó)分別排名第三和第四，占比也均超過(guò)10%。

統(tǒng)計(jì)說(shuō)明：①按每件申請(qǐng)顯示一個(gè)公開(kāi)文本的去重規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并選擇公開(kāi)日最新的文本計(jì)算。②按照專(zhuān)利優(yōu)先權(quán)國(guó)家進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，若無(wú)優(yōu)先權(quán)，則按照受理局國(guó)家計(jì)算。如果有多個(gè)優(yōu)先權(quán)國(guó)家，則按照最早優(yōu)先權(quán)國(guó)家計(jì)算。

——全球太陽(yáng)能電池行業(yè)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

從趨勢(shì)上看，2010-2020年，我國(guó)太陽(yáng)能電池專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量遙遙領(lǐng)先。2020年，中國(guó)太陽(yáng)能電池專(zhuān)利申請(qǐng)量為3762項(xiàng)。

——中國(guó)太陽(yáng)能電池片產(chǎn)量快速提高

2011年以來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能電池片產(chǎn)量規(guī)模穩(wěn)步提升。據(jù)中國(guó)光伏協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)電池片產(chǎn)量為198GW，較2020年的135GW增長(zhǎng)46.9%。2022年上半年，國(guó)內(nèi)電池片產(chǎn)量約135.5GW，同比增長(zhǎng)46.6%。

——中國(guó)太陽(yáng)能電池片產(chǎn)量占全球比重逼近九成

2015-2021年，中國(guó)太陽(yáng)能電池片產(chǎn)量占全球的比重逐年上漲。2015年中國(guó)太陽(yáng)能電池片產(chǎn)量占據(jù)了全球的66.62%，2021年已經(jīng)提高至88.43%，產(chǎn)量規(guī)模在全球?qū)儆讵?dú)一檔的領(lǐng)先地位。

——企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

從企業(yè)品牌競(jìng)爭(zhēng)來(lái)看目前我國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局根據(jù)企業(yè)經(jīng)營(yíng)范圍可以分為光伏一體化組件生產(chǎn)企業(yè)和專(zhuān)業(yè)電池生產(chǎn)廠商，兩種類(lèi)型企業(yè)均具有代表企業(yè)。

——區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)格局

自2015年以來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量規(guī)模逐年提升，產(chǎn)業(yè)主要集中在華東地區(qū)。2020年，我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量最多的地區(qū)是華東，占全國(guó)產(chǎn)量的73.2%，西南地區(qū)產(chǎn)量為9.42%，排名第二。在各省市中，江蘇省產(chǎn)量最多，為5383.4萬(wàn)千瓦，是浙江產(chǎn)量的近兩倍;浙江產(chǎn)量排在第二位，為2860.06萬(wàn)千瓦;安徽產(chǎn)量排名第三，為2060.7萬(wàn)千瓦。

——行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析

十四五規(guī)劃提出要構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，推進(jìn)能源革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力。大力提升光伏發(fā)電規(guī)模，加快發(fā)展東中部分布式能源，建設(shè)一批多能互補(bǔ)的清潔能源基地，十四五期間非化石能源占能源消費(fèi)總量比重提高到20%左右。

2021年5月11日，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》，明確提出2021年全國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電發(fā)電量占全社會(huì)用電量的比重達(dá)到11%左右，后續(xù)逐年提高，確保2025年非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)到20%左右。

隨著我國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)的快速發(fā)展，光伏技術(shù)的不斷成熟，太陽(yáng)能電池產(chǎn)品發(fā)展將趨于智能化、輕量化和集成化;而行業(yè)補(bǔ)貼的不斷滑坡，將不斷促使行業(yè)的市場(chǎng)化發(fā)展，因此降低成本仍將是行業(yè)發(fā)展未來(lái)幾年的主題，并且在這一大背景下，行業(yè)整合將進(jìn)一步加劇，企業(yè)間兼并重組事件數(shù)量預(yù)計(jì)將大幅增加。

中國(guó)太陽(yáng)能電池技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與太陽(yáng)能電池關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華東和華南地區(qū)，并且以江蘇、廣東省為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來(lái)布局太陽(yáng)能電池技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華東華南優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注江蘇省揚(yáng)州市高郵市、廣東省深圳市福田區(qū)、龍華區(qū)、寶安區(qū)所處太陽(yáng)能電池的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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