3月9日，無(wú)錫極電光能科技有限公司宣布，公司于近日完成數(shù)億元A輪融資。本輪募集資金將主要用于鈣鈦礦前沿技術(shù)開(kāi)發(fā)和150MW鈣鈦礦光伏生產(chǎn)線的運(yùn)營(yíng)，持續(xù)優(yōu)化技術(shù)工藝水平，不斷提升產(chǎn)品綜合性能。

而這只是過(guò)去兩年中幾十起鈣鈦礦融資案例中的冰山一角，“神奇的”鈣鈦礦電池，無(wú)疑是當(dāng)下的資本寵兒，政策端方面，鈣鈦礦電池的利好消息也不斷傳來(lái)。

2022年，九部門聯(lián)合印發(fā)《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案(2022—2030年)》，指出要研發(fā)高效硅基光伏電池、高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池等技術(shù)。

日前，中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)鈣鈦礦光伏標(biāo)準(zhǔn)專題組成立大會(huì)暨2023年*次工作會(huì)議在蘇州召開(kāi)。

工作組成立后，將加快鈣鈦礦電池標(biāo)準(zhǔn)體系梳理和完善，并在此基礎(chǔ)上快速有序、科學(xué)合理地開(kāi)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，為中國(guó)鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)支撐。

然而，在利好頻傳和資金熱炒的背后，卻也上演著“狼披羊皮”式的鬧劇。

2022年12月9日，奧聯(lián)電子高調(diào)官宣要在2023年實(shí)現(xiàn)“50MW鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中試線投產(chǎn)”，但今年2月21日卻被華能清潔能源研究院方面一紙澄清聲明“打臉”，這短短74天內(nèi)，奧聯(lián)電子的股價(jià)翻了逾3倍，但如今不僅背上證監(jiān)會(huì)立案調(diào)查的風(fēng)波，股價(jià)更是直接腰斬。

美好的鈣鈦礦也埋藏著“虛假炒作”的隱患，這不免令市場(chǎng)和投資者們產(chǎn)生了猶疑。

那么，“神奇的”鈣鈦礦究竟具備哪些優(yōu)勢(shì)值得資金蜂擁？尚未步入量產(chǎn)的鈣鈦礦，又到底被哪些因素所制約？

本文，頭豹研究院將聚焦于中國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)，從行業(yè)定義與分類、核心亮點(diǎn)、制約因素、市場(chǎng)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)鏈等角度為您深入分析中國(guó)鈣鈦礦電池行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

01 何為鈣鈦礦電池：不含鈣、不含鈦的太陽(yáng)能電池

鈣鈦礦（分子通式為ABX? ）的命名來(lái)自于俄羅斯礦物學(xué)家Perovski的名字，1839年，德國(guó)科學(xué)家Gustav Rose在俄國(guó)考察中在烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)元素組成為CaTiO?礦物，為紀(jì)念俄國(guó)礦物學(xué)家Lev Alekseyevich von Perovski，Gustav Rose將該礦物命名為“Perovskite”。

鈣鈦礦最初是單質(zhì)鈦酸鈣（ CaTiO? ）這種礦物，后來(lái)則將結(jié)構(gòu)為ABX?以及與之相似的晶體統(tǒng)稱為鈣鈦礦物質(zhì)，所以鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中既沒(méi)有鈣也沒(méi)有鈦。在鈣鈦礦八面體結(jié)構(gòu)中，A屬于較大的陽(yáng)離子，B屬于較小的陽(yáng)離子，X是陰離子，每個(gè)A離子都被B和X離子一起構(gòu)成的八面體包圍。由于鈣鈦礦光吸收系數(shù)高、載流子遷移率大、合成辦法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，鈣鈦礦材料被認(rèn)為是下一代*前景的光電材料之一。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池。鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以反型平面鈣鈦礦電池為例，自下而上依次為：玻璃、透明電機(jī)（FTO或ITO）、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、金屬電極。按照結(jié)構(gòu)劃分，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以分為介孔型和平面型。在介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池內(nèi)，鈣鈦礦材料作為光敏化劑覆蓋在多孔TiO?上，并采用正置異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。而在平面結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池中，鈣鈦礦既是光吸收層，也是電子和空穴傳輸層，與介孔型結(jié)構(gòu)相比，平面結(jié)構(gòu)不需要多孔金屬氧化物骨架，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了制備工藝。平面型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池又可進(jìn)一步分為正式和反式。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池基本原理是光生伏*應(yīng)，工作機(jī)制總體可以分為五個(gè)過(guò)程，即光子吸收過(guò)程、激子擴(kuò)散過(guò)程、激子解離過(guò)程、載流子傳輸過(guò)程和電荷收集過(guò)程，經(jīng)過(guò)五個(gè)過(guò)程后，自由電子通過(guò)電子傳輸層后被陰極層收集，自由空穴通過(guò)空穴傳輸層后被陽(yáng)極收集，兩極形成電勢(shì)差，電池與外加負(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中形成電流。

02鈣鈦礦電池核心亮點(diǎn)：性能優(yōu)勢(shì)突出

鈣鈦礦電池極限轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)突出。對(duì)于晶硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，其理論極限轉(zhuǎn)換效率為29.4%，普通單晶硅電池在理想狀態(tài)下轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，HJT電池理論極限轉(zhuǎn)換效率為27.5%，TOPCon電池理論極限轉(zhuǎn)換效率為28.7%。但相比之下，鈣鈦礦單層電池理論效率極限可達(dá)31%，晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層效率可達(dá)35%，三節(jié)層電池理論極限則可躍升至45%，且如果在鈣鈦礦中摻雜新型材料，其轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)50%。鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率更高的原因是作為吸收層的鈣鈦礦禁帶寬度為1.5eV左右，吸收波長(zhǎng)范圍更窄，但吸收系數(shù)很大。

鈣鈦礦電池的弱光性能優(yōu)勢(shì)突出。理論研究表明，光伏電池在弱光下的發(fā)電效率與能帶間隙有關(guān)，在接近2eV帶隙時(shí)，光伏電池在弱光下的發(fā)電效率高達(dá)52%，而鈣鈦礦材料帶隙可調(diào)、光吸收系數(shù)較高，且對(duì)雜質(zhì)不敏感，其在弱光下仍具有突出的光電轉(zhuǎn)換效率，據(jù)了解，鈣鈦礦光伏電池在200Lux的弱光下仍可輸出25%以上的光電轉(zhuǎn)換效率。相比而言，晶硅的帶隙約為1.1eV，離2eV相差甚遠(yuǎn)，弱光下發(fā)電效率極低。鈣鈦礦優(yōu)異的弱光性能，意味著其有望將室內(nèi)照明的弱光和室外的弱光利用起來(lái)進(jìn)行發(fā)電，這也是鈣鈦礦光伏與傳統(tǒng)硅基光伏一個(gè)顯著區(qū)別。

鈣鈦礦材料能帶間隙可調(diào)節(jié)，較為靈活。晶硅太陽(yáng)能電池只有單一的帶隙，因此其性能的優(yōu)化空間和應(yīng)用場(chǎng)景都十分受限。而鈣鈦礦材料可以通過(guò)調(diào)節(jié)組分，使能帶間隙在1.4-2.3eV之間調(diào)節(jié)，進(jìn)而衍生出更多的應(yīng)用。如：將鈣鈦礦間隙調(diào)整至2eV左右，可有效利用弱光進(jìn)行發(fā)電；而將鈣鈦礦薄膜做成不同顏色或者半透明狀態(tài)，則可用在質(zhì)輕的柔性基底實(shí)現(xiàn)建筑光伏一體化，即BIPV或BAPV；也可以通過(guò)調(diào)節(jié)間隙將鈣鈦礦制作成疊層電池，從而使不同波長(zhǎng)的光能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率。

03鈣鈦礦電池的制約因素

鈣鈦礦電池憑借高轉(zhuǎn)換率和較低成本的優(yōu)勢(shì)在商業(yè)化應(yīng)用方面被寄予厚望，但依然有部分因素阻礙其發(fā)展，制約整體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度，只有逐步突破制約因素，鈣鈦礦電池才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)展。

穩(wěn)定性是制約鈣鈦礦電池發(fā)展的主要問(wèn)題之一。從三角模型可以看出，鈣鈦礦電池在效率和成本上都*晶硅電池發(fā)展，但鈣鈦礦的穩(wěn)定性差，即壽命短，現(xiàn)階段鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的T80壽命約為4,000小時(shí)，而晶硅電池則有25年以上的壽命，二者差距較大，壽命短使得鈣鈦礦電池難以進(jìn)一步發(fā)展。鈣鈦礦電池不穩(wěn)定的原因主要包括吸濕性、熱不穩(wěn)定性、離子遷移、紫外線、器件測(cè)試過(guò)程中的光照等。

鈣鈦礦電池面臨著大面積制備較難的困境。盡管鈣鈦礦電池在實(shí)驗(yàn)室中獲得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但實(shí)際生產(chǎn)工藝中難以達(dá)到實(shí)驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)，因此會(huì)受到更多因素的影響，且實(shí)驗(yàn)室中制備的鈣鈦礦電池器件面積都比較小，市場(chǎng)應(yīng)用則需要面積更大的器件。而大面積器件薄膜的覆蓋率、均勻性難以把控，且電阻也會(huì)增加，進(jìn)而增加電池的串聯(lián)電阻，導(dǎo)致性能下降。

04鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備工序較簡(jiǎn)單，產(chǎn)業(yè)鏈較短，上游主要是鈣鈦礦原材料和制造設(shè)備；中游以鈣鈦礦電池制造商為主，鈣鈦礦電池仍處于試產(chǎn)籌劃階段；下游以光伏和電動(dòng)車應(yīng)用為主。

05鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈下游：新能源汽車

新能源汽車充電樁仍存在不少問(wèn)題。盡管充電樁的數(shù)量持續(xù)增加，為新能源汽車充電帶來(lái)便利，但消費(fèi)者依然沒(méi)有感覺(jué)便利。一方面，新能源汽車的銷量增速仍然高于電池充電樁的建設(shè)速度，2022年1-7月，新能源汽車銷量319.4萬(wàn)輛，樁車增量比為1:2.3，充電樁的供給仍存在較大的提升空間；另一方面，充電樁標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、物業(yè)不配套等因素也成為了制約新能源汽車使用充電樁的便利性。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望為汽車太陽(yáng)能車頂提供動(dòng)力。此時(shí)，鈣鈦礦電池具備高效率的優(yōu)勢(shì)，若配合車頂光伏發(fā)電，光能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率會(huì)更高，即充電時(shí)間縮短，續(xù)航時(shí)間增加；且鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料用量小、材料純度要求低，所以生產(chǎn)過(guò)程能耗低；此外，鈣鈦礦自2009年誕生，只用了12年就步入產(chǎn)業(yè)化時(shí)代，發(fā)展速度極快。

現(xiàn)階段，太陽(yáng)能每天最多充電7度左右，充滿電需要整整10天，如果鈣鈦礦電池技術(shù)成熟后，光伏充電將成為現(xiàn)實(shí)，汽車太陽(yáng)能發(fā)電車頂也成為了未來(lái)鈣鈦礦電池有望大規(guī)模運(yùn)用的應(yīng)用場(chǎng)景之一。根據(jù)頭豹研究院的數(shù)據(jù)，2026年中國(guó)新能源汽車有望增長(zhǎng)至1,200萬(wàn)輛，將給鈣鈦礦電池帶來(lái)巨大的市場(chǎng)增量。

06鈣鈦礦電池市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算

鈣鈦礦太陽(yáng)能尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，因此本文將現(xiàn)階段已經(jīng)公布其鈣鈦礦組件產(chǎn)能規(guī)劃的企業(yè)進(jìn)行匯總，綜合其規(guī)劃產(chǎn)能，并根據(jù)其產(chǎn)能規(guī)劃計(jì)劃將規(guī)劃產(chǎn)能分?jǐn)傊撩恳荒辏瑥亩浪愠雒恳荒甑拟}鈦礦太陽(yáng)能規(guī)劃產(chǎn)能。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度加快，相關(guān)國(guó)產(chǎn)設(shè)備將率先受益，根據(jù)協(xié)鑫光電的數(shù)據(jù)，協(xié)鑫納米鈣鈦礦的*條100MW的設(shè)備產(chǎn)線投資在1億元左右，1GW產(chǎn)能投資額僅為5億元。因此，頭豹研究院估算2022年中國(guó)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為1.5億元，預(yù)計(jì)2030年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)30億元以上。

07鈣鈦礦電池發(fā)展趨勢(shì)：晶硅-鈣鈦礦疊層電池

晶硅-鈣鈦礦疊層電池具有更高的轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可更有效地利用高能量的紫外和藍(lán)綠可見(jiàn)光，而晶硅太陽(yáng)能電池可有效地利用鈣鈦礦材料無(wú)法吸收的紅外光，因此，通過(guò)疊層的方式組合兩種單電池，可以突破傳統(tǒng)純硅光伏電池的理論效率極限，進(jìn)一步提升硅光伏電池的效率。

此外，晶硅-鈣鈦礦疊層電池將鈣鈦礦組件與硅電池按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來(lái)，讓短波長(zhǎng)的光被最外側(cè)的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能組件吸收，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光能夠透射進(jìn)去讓窄帶隙的硅太陽(yáng)能電池吸收，可*限度地將光能變成電能，現(xiàn)階段已獲得了廣泛的研究，最新效率已突破 31.3%。

根據(jù)牛津光伏的數(shù)據(jù)，鈣鈦礦電池單層電池、晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層電池、三節(jié)層電池的理論轉(zhuǎn)換極值分別為31%、35%、45%，如果摻雜新型材料，轉(zhuǎn)換效率甚至能達(dá)到50%，約為現(xiàn)階段晶硅材料的2倍。全鈣鈦礦疊層電池具備更高的效率、更低的成本以及更簡(jiǎn)單的制備工藝，因而成為全球光伏研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。

兩端疊層結(jié)構(gòu)是疊層鈣鈦礦電池的主流結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，疊層鈣鈦礦組件可分為機(jī)械堆疊的四端疊層電池、光譜分離的四端疊層電池、反射結(jié)構(gòu)的四端疊層電池和兩端疊層電池。四端子結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更高的實(shí)驗(yàn)室效率，但四端子疊層電池的光學(xué)耦合疊層需要使用光學(xué)分光鏡，成本過(guò)于昂貴，而機(jī)械堆疊式需要使用三層透明電極，會(huì)降低電池轉(zhuǎn)換效率。相比之下，兩端疊層電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備和工藝相對(duì)成熟，更加適合產(chǎn)業(yè)化，是現(xiàn)在及未來(lái)的主流結(jié)構(gòu)。