隨著全球首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的鈣鈦礦地面光伏項(xiàng)目成功并網(wǎng)、全球首次鈣鈦礦組件空間搭載試驗(yàn)發(fā)射任務(wù)圓滿成功，鈣鈦礦組件的多元應(yīng)用場(chǎng)景逐步得到驗(yàn)證，鈣鈦礦技術(shù)迭代也不斷加速。

作為鈣鈦礦組件商業(yè)化基石的重要組成部分，效率和量產(chǎn)是業(yè)內(nèi)始終關(guān)注的焦點(diǎn)。從效率發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，僅11月以來(lái)，就有協(xié)鑫光電、極電光能、隆基綠能（601012.SH）先后四次打破鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。但鈣鈦礦組件的量產(chǎn)速度遠(yuǎn)未跟上效率持續(xù)提升的步伐，大規(guī)模量產(chǎn)仍然難點(diǎn)重重。

頻創(chuàng)紀(jì)錄的鈣鈦礦轉(zhuǎn)化效率意義幾何？還有哪些因素阻礙了鈣鈦礦組件商業(yè)化進(jìn)程？

鈣鈦礦效率紀(jì)錄何其多

第一財(cái)經(jīng)梳理了近年來(lái)各公司已公開(kāi)的鈣鈦礦組件轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2023年就有8家企業(yè)的不同產(chǎn)品類目創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。

“鈣鈦礦組件效率發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)格式應(yīng)具備類型、效率、面積和認(rèn)證機(jī)構(gòu)四個(gè)要素。”有從事鈣鈦礦電池生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，行業(yè)以此為依據(jù)來(lái)討論學(xué)術(shù)或科研問(wèn)題，才是正道。

從上述表格可以看出，創(chuàng)新鈣鈦礦組件效率紀(jì)錄的產(chǎn)品，四個(gè)要素各有不同。

先看效率要素，鈣鈦礦組件效率一般分為轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)態(tài)效率。其中，穩(wěn)態(tài)效率是轉(zhuǎn)換效率的升級(jí)模式，即組件在較長(zhǎng)時(shí)間中持續(xù)輸出穩(wěn)定的功率。

2023年12月，經(jīng)國(guó)際權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)JET認(rèn)證，極電光能研發(fā)的810.1cm²大尺寸鈣鈦礦組件穩(wěn)態(tài)效率達(dá)到19.5%，穩(wěn)態(tài)效率持續(xù)時(shí)間為300秒。

效率=功率÷面積，鈣鈦礦組件從不足0.1cm²到20000cm²的面積跨度，對(duì)轉(zhuǎn)換效率有較為明顯的影響。而鈣鈦礦組件面積也可分為三類，分別是：包括邊框在內(nèi)的整個(gè)組件的全尺寸面積、將邊框等遮擋面積去掉的孔徑面積、排除死區(qū)面積只保留有效部分的有效面積。

面積理論上應(yīng)該越大越好，但小面積產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)必然的起點(diǎn)，可以在配方和工藝上起到一定的方向性指導(dǎo)作用，進(jìn)而繼續(xù)放大，從實(shí)驗(yàn)室跨到中試線、大試線。“真正商業(yè)化之前一定是看全尺寸面積的轉(zhuǎn)換效率。”上述負(fù)責(zé)人稱，而且商業(yè)化的組件面積要有明確的長(zhǎng)和寬。

協(xié)鑫光電目前主攻大尺寸鈣鈦礦組件，2023年11月，該公司推出的1米x2米鈣鈦礦單結(jié)組件光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到18.04%，再度打破世界紀(jì)錄。纖納光電和極電光能的0.6米×1.2米的組件也可歸類于大尺寸鈣鈦礦組件。

鈣鈦礦電池廠商一般如何選擇認(rèn)證機(jī)構(gòu)？如何申請(qǐng)紀(jì)錄？不同的認(rèn)證機(jī)構(gòu)又有何不同？為什么破紀(jì)錄不一定會(huì)出現(xiàn)在世界紀(jì)錄表中？

據(jù)第一財(cái)經(jīng)了解，廠商選擇認(rèn)證機(jī)構(gòu)，主要看價(jià)格和權(quán)威性。行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括海外的JET、NREL、TUV南德等，以及國(guó)內(nèi)的中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院等。這些認(rèn)證機(jī)構(gòu)在設(shè)備精確度方面會(huì)略有不同，收費(fèi)價(jià)格也不一樣，比如TUV萊茵檢測(cè)費(fèi)用為幾萬(wàn)元到十幾萬(wàn)元不等，但是權(quán)威性都是有保障的。“企業(yè)會(huì)自己測(cè)好樣品，然后送到認(rèn)證機(jī)構(gòu)，拿到報(bào)告，擇日披露。”上述負(fù)責(zé)人表示。

然而，并不是所有打破世界記錄的鈣鈦礦組件效率都會(huì)登上《Solar cell efficiency table》 (太陽(yáng)能電池效率表)等世界紀(jì)錄表單。這是因?yàn)槭澜缂o(jì)錄表中多為實(shí)驗(yàn)室規(guī)格數(shù)據(jù)，用于學(xué)術(shù)界的考量，而未登表的效率多為商業(yè)化指標(biāo)。

據(jù)悉，《Solar cell efficiency table》世界紀(jì)錄表單中記錄的數(shù)據(jù)多為器件級(jí)別，以微小尺寸為主，1cm²即為大面積，高校等研究機(jī)構(gòu)是以刷效率為目標(biāo)，面積并不是著重追求的方向。另一家鈣鈦礦企業(yè)負(fù)責(zé)人也曾對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，太陽(yáng)能電池效率表和NREL的《太陽(yáng)電池最高研究效率圖》幾乎沒(méi)有大組件和商用組件的賽道。

紀(jì)錄易破商業(yè)化挑戰(zhàn)仍多

鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率不斷提升，“晶硅電池效率的終點(diǎn)是鈣鈦礦電池效率的起點(diǎn)”這句話正在逐步得到印證。但就目前而言，作為商業(yè)化的重要考量之一，鈣鈦礦組件的實(shí)際量產(chǎn)效率距離上述獲認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室或商用效率數(shù)據(jù)仍有一定差距。

鈣鈦礦組件實(shí)際量產(chǎn)效率和實(shí)驗(yàn)室效率之間存在顯著差距，這不難理解；從商用組件來(lái)看，18%的轉(zhuǎn)換效率被視為單結(jié)鈣鈦礦商用電池的一個(gè)重要門檻。

極電光能表示，商用鈣鈦礦組件效率突破18%對(duì)于鈣鈦礦行業(yè)來(lái)說(shuō)有著特殊的意義。因?yàn)楦鶕?jù)推算，由于鈣鈦礦組件溫度系數(shù)低、弱光發(fā)電能力強(qiáng)，若效率達(dá)到18%，其實(shí)際發(fā)電量已經(jīng)可以比肩傳統(tǒng)晶硅組件。此外，18%的鈣鈦礦單結(jié)組件轉(zhuǎn)換效率是疊層組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26%的基礎(chǔ)。

上述負(fù)責(zé)人認(rèn)為，以18%效率的單結(jié)鈣鈦礦組件產(chǎn)品去推向市場(chǎng)不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)榫Ч鐽型TOPCon的平均量產(chǎn)效率為22%、23%左右，“將26%轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦疊層產(chǎn)品推向市場(chǎng)，有相當(dāng)一部分顧客是愿意買單的，因?yàn)榻酉聛?lái)度電成本的下降不是靠降低采購(gòu)成本，而是通過(guò)提升轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦疊層效率若穩(wěn)定在26%，就有商業(yè)化的意義了。”

當(dāng)前單結(jié)商業(yè)化組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18%的企業(yè)除了協(xié)鑫光電，還有極電光能。2023年11月，極電光能1.2米x0.6米商用尺寸鈣鈦礦組件全面積效率達(dá)到18.2%，對(duì)應(yīng)的最大功率131.07 瓦，孔徑面積效率高達(dá)19.55%。

但鈣鈦礦商業(yè)化還需兩大關(guān)鍵因素的突破。極電光能總裁于振瑞近日在2023年光伏行業(yè)年度大會(huì)上表示，一是大面積下的效率提升，二是達(dá)成并驗(yàn)證25年壽命。

大面積制備是目前鈣鈦礦電池面臨的主要難題。多家鈣鈦礦企業(yè)相關(guān)人士表示，小面積沖效率用的材料和制備方法成本很高，和實(shí)際量產(chǎn)完全不一樣，沒(méi)辦法照搬。上述負(fù)責(zé)人也稱，當(dāng)微小尺寸的鈣鈦礦組件達(dá)到較高效率節(jié)點(diǎn)時(shí)，放大到10cm²、100cm²時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)原先的工藝方法是沒(méi)辦法使用的，不具備未來(lái)商業(yè)化或量產(chǎn)的可能性。”

其次，鈣鈦礦組件的穩(wěn)定性和壽命仍存在較大缺陷。鈣鈦礦穩(wěn)定性受到材料、溫度、適度、光照等因素的影響，容易造成組件效率降低甚至失效。

“穩(wěn)定性需要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)證項(xiàng)目證明，而現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)其實(shí)都沒(méi)有在大尺寸上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的突破。”上述負(fù)責(zé)人也表示，之前大家覺(jué)得實(shí)現(xiàn)5分鐘穩(wěn)定輸出就是穩(wěn)態(tài)效率，但是回到商用場(chǎng)景中，5年都不一定算是穩(wěn)態(tài)。

穩(wěn)定性決定著鈣鈦礦電池的使用壽命，理論而言穩(wěn)定性越高，壽命越長(zhǎng)。

此前，華中科技大學(xué)據(jù)稱能夠做到鈣鈦礦連續(xù)工作9000個(gè)小時(shí)不衰減。但此前有鈣鈦礦企業(yè)研發(fā)負(fù)責(zé)人對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，該情況可能是實(shí)驗(yàn)室中的很小的面積，并在非常理想的情況下進(jìn)行的假設(shè)，和經(jīng)過(guò)IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)品有著天壤之別。

據(jù)悉，鈣鈦礦電池的T80壽命（效率下降到初始值的80%）約4000小時(shí)，澳大利亞新南威爾士大學(xué)工程學(xué)教授馬丁·格林表示，鈣鈦礦制造商需要證明電池板的使用壽命為25~30年，現(xiàn)階段距離這一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。

“不管是實(shí)驗(yàn)室還是商用，最終還是看產(chǎn)品好壞。”上述負(fù)責(zé)人表示，還是要先把產(chǎn)品質(zhì)量和口碑做上去，追求大面積量產(chǎn)一定是最終的目標(biāo)，因?yàn)榇竺娣e量產(chǎn)直接決定產(chǎn)品能否快速降本，但前提是效率一定要達(dá)到一定的值，面積一定要達(dá)到商用尺寸。