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

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。“從他們近期暗中的招聘情況來看，應該是已經(jīng)開始在為商業(yè)化試生產(chǎn)做準備了。”

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的研究，已經(jīng)為行業(yè)積累了大量的人才。”

他認為，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，鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化時機已經(jīng)逐漸成熟，其商業(yè)化發(fā)展速度很可能會超過許多人的想象。

原材料決定技術的前景

在他看來，一項技術是否有前途，可以從技術經(jīng)濟性和原材料的易獲得性兩個方面來進行判斷。

“一項新技術的推廣，首先要有一個成熟產(chǎn)業(yè)的技術作為支撐，正如晶硅電池的產(chǎn)業(yè)化有半導體產(chǎn)業(yè)技術為基礎一樣，鈣鈦礦電池的制造產(chǎn)完全可以采用液晶面板行業(yè)的設備和技術，而且對技術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”了的半導體設備和工藝一樣，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化工材料，有多達幾萬種原材料可供選擇，怎么可能會出現(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的發(fā)展前景可能更為重要。他認為，只有依托于那些具有可設計性和可迭代性材料的技術，未來才有更大的發(fā)展空間。

“人類使用材料是從簡單到復雜，再到能夠設計材料，這是一個終極的路徑。”他說，近年來鈣鈦礦電池的光電轉換效率之所以上升這么快，一個最根本的原因，就是因為鈣鈦礦是一類材料，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”

他認為，鈣鈦礦的晶體結構，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，因為載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，這導致晶硅對于雜質非常敏感，也正是為什么晶硅電池所用硅料純度要到六個9以上的原因。

“而鈣鈦礦對雜質并不敏感，純度只需要做到90%就足夠了，甚至為了增加材料之間的強度，還可以在涂布時主動添加粘合劑、增強劑一類的‘雜質’。”他認為，這無異于是打開了一個巨大的空間。

在轉換效率提升方面，鈣鈦礦也更具空間。

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

鈣鈦礦電池轉換效率的提升速度，更是令人感到恐怖。從2012年有科研團隊發(fā)布第一個鈣鈦礦電池效率以來，短短六七年就增長到了20%以上。而晶硅技術達到這一效率，則花了幾十年的時間。

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

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，其單瓦實際發(fā)電量很可能會多出20%左右，競爭優(yōu)勢十分明顯。

商業(yè)化的最大障礙

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

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

據(jù)他介紹，近兩年學術界提出了很多鈣鈦礦材料的新配方，在實驗室條件下，多數(shù)配方都能實現(xiàn)連續(xù)工作1000小時而衰減低于1%，差一點的也能達到連續(xù)工作1000小時衰減低于5%。

“這已經(jīng)達到了晶硅電池的技術指標”。他說。

就穩(wěn)定性的其他方面來看，他認為，那其實是晶硅組件和鈣鈦礦組件的共性問題。“比如封裝，技術是通用的，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”檢測標準，他們的鈣鈦礦組件經(jīng)過連續(xù)1000小時的測試，衰減明顯低于5%，符合現(xiàn)行國際標準。

在這位博士看來，其實最值得關注的指標是電池的光穩(wěn)定性問題，因為這直接影響光伏發(fā)電項目的長期收益。

“早期的鈣鈦礦電池配方的光衰確實很嚴重，電池不封裝的話一兩個月就完蛋了。這個問題后來在材料上得到解決，從2016年開始我們就隨時能做到連續(xù)工作1000小時而衰減在1%以內，下一步則是在組件上驗證這個結果。”他說，他們正在通過權威第三方機構對上述結果進行驗證。

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

“鈣鈦礦商業(yè)化量產(chǎn)最主要的技術難點，其實是在結晶環(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。”

在實驗室數(shù)寸見方的面積上做到這一點并不難，但要在量產(chǎn)時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)成的設備和工藝，完全要靠自己一點一點研發(fā)和摸索。

“這是整個技術的難點，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)打開了整個技術的發(fā)展空間，穩(wěn)定性也經(jīng)過了驗證，有了這兩點，其實技術發(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。”