第三代光伏機遇來襲，引領投資新風口

2021一開年，如果說有哪些市場機遇值得關注，光伏板塊無疑位列其中。

去年10月13日，國際能源署（International Energy Agency，IEA）釋出了長達464頁的《2020年世界能源展望》（World Energy Outlook 2020）（以下簡稱《展望》），概述了新冠疫情對全球能源的影響。

最終，《展望》得出的結論是——目前世界領先的太陽能發電技術正提供著“史上最便宜的電力”，其價格比大多數主要國家的煤炭和天然氣更低。

IEA表示，在條件最好的地區，在獲得最有利的政策支援和資金的情況下，太陽能的發電成本可以做到“20美元/MWH或更低”，即每度電低於1毛3分錢。

太陽能發電價格處於“低位”

而且，IEA預測，到2040年，太陽能發電量將比2018年的預期多出43%，太陽能發電的成本比預期低20-50% 。

值得注意的是，IEA所做的這個預測有一個基礎前提——太陽能板的光電轉換效率只需維持在當前15%-25%的“低效率”。

但現在，真正的Game Changer來了！以鈣鈦礦為代表的第三代光伏技術即將帶領太陽能邁過“30%”的效率門檻。在未來兩年內，商業化的鈣鈦礦（Perovskite）太陽能板也將量產上市，屆時，光伏能源所蘊藏的力量將逐漸顯露。

鈣鈦礦太陽能板

 新紀錄！

在剛剛過去的2020年12月，美國國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）認證了英國初創公司牛津光伏（Oxford PV）的一項新紀錄。

NREL證實，塗有鈣鈦礦的單片太陽能板可以將29.52%的入射太陽能轉化為電能。而根據NREL自己的基準，傳統的矽基太陽能板的最大光電轉換效率也就是27.6%。

牛津光伏

牛津光伏表示，他們有希望很快跨入“30%”時代。按照目前的速度，該公司預計在四年內製造出效率為33%的太陽能板。

去年9月，該公司與牛津大學啟動了一項500萬英鎊的五年期聯合研究計劃，旨在達到37%的光電轉換效率。如果該計劃成功，其結果將是太陽能板的能力幾乎是當今商業太陽能板的兩倍。

無獨有偶，牛津光伏的一個競爭對手——德國研究機構柏林赫爾姆霍茲中心(Helmholtz-Zentrum Berlin)的鈣鈦礦太陽能板已經達到了29.15%的效率，並期望能夠繼續提升到32.4%。

牛津光伏的首席技術官克里斯?凱斯(Chris Case)在談到他們公司的鈣鈦礦太陽能板時表示：“我們希望這項技術能夠改變光伏的面貌，並加速太陽能的應用。”

Chris Case表示，他們採用的是一種串聯方法——在普通矽片上鍍上一層薄膜狀的鈣鈦礦材料，由於鈣鈦礦層可以吸收較短的波長，而矽層可以吸收較長的波長，所以改造後的太陽能板可以捕獲更多的太陽輻射。

為了提高效率，牛津光伏預計將完善太陽能板的塗層和防反射層，並去除缺陷和雜質。

牛津光伏執行長Frank Averdung表示，牛津光伏預計將在2022年初開始向公眾銷售其鈣鈦礦太陽能板。這將使其成為第一家將這種產品推向全球太陽能市場的公司。

一直以來，世界各地的公司和大學都試圖將鈣鈦礦作為未來矽的潛在替代品，以使可再生能源更加經濟實惠、更加方便。

不過，早期的鈣鈦礦太陽能板原型不穩定，而且很快就會退化。但在過去十年中，研究人員穩步提高了室內和室外應用的鈣鈦礦材料的穩定性和耐久性。

以牛津光伏為例，他們從英國牛津大學剝離出來已有10年曆史。目前，他們正在將其位於德國的試驗工廠擴大為一個100兆瓦產能的太陽能板工廠。此前，該公司已經對該技術進行了一年多的實地測試。

“到目前為止，資料顯示這些太陽能板的效能與現有的商業產品相當，我們沒有看到任何退化，”Case說，“預計它們的壽命肯定會和目前最好的太陽能板一樣長，甚至更長。”

Averdung說，牛津光伏生產線上的第一批產品的效率將比任何其他商用太陽能板高26%。該公司預計，使用其技術的住宅屋頂太陽能專案，在使用相同數量的太陽能板的情況下，其發電量將比現有裝置多20%。

 何謂“鈣鈦礦”？

雖然鈣鈦礦太陽能板的發展十分引人注目，但也就在七年前，鈣鈦礦太陽能產業還不存在，十足的朝陽產業。

現今，全球有幾十家公司正在爭相將這項技術推向市場，數百名研究人員正在研究新的鈣鈦礦材料和加工方法，並完善他們對裝置工作原理的理解。單單是2018年，關於鈣鈦礦的學術論文數量就突破了5,000篇。

在短短10年時間裡，鈣鈦礦已經從繁瑣的、低效率的實驗裝置發展成為達到或超過傳統太陽能板的商業級產品，其光電轉化效率從3.8%迅速發展到目前25.5%的認證效率。

鈣鈦礦最初是指一種含有鈣、鈦和氧的礦物，於1839年首次被發現。自此，這個詞就包含了一大類與礦物具有相同晶體結構的化合物。它們的化學成分被簡寫為AMX3，其中A通常是有機分子，M是金屬（如鉛或錫），X是鹵素（如碘或氯）。

無論化學成分如何，任何鈣鈦礦太陽能板都必須滿足商業化的三個基本標準：穩定性、效率和可擴充套件性。

Case表示，他的公司已經解決了這三個問題，將矽薄膜和鈣鈦礦結合成一個“串聯”太陽能板，可以使用今天太陽能板的製造方法生產。

“要製造一個轉化效率為26%甚至30%的串聯太陽能板，你只需要一個效率在15%到17%的鈣鈦礦層，再加上一個效率為20%的普通矽層。”Case解釋道。

“我們正處於歷史上的一個轉折點，”Case說，“鈣鈦礦將確保太陽能的勝利，即便是世界上最大的石油公司也無法阻止它。”

鈣鈦礦之所以如此吸引人，是因為這種材料在將光轉化為電能方面比矽好得多。

國家可再生能源實驗室(NREL)領導鈣鈦礦太陽能團隊的約瑟夫?貝里(Joseph Berry)曾說，“如果你正在尋找理想的太陽能材料，你永遠不會選擇矽。矽之所以成為占主導地位的材料，與積體電路以及太陽能的研發投入總額有關。”

“矽必須是純淨和完美的，才能擁有我們所渴望的特性，”Berry說，“但鈣鈦礦是可以容忍缺陷的。我們可以處理該材料的不良情況，並且仍然可以獲得具有競爭力的裝置效率。”

另外，鈣鈦礦還適合於各種低成本的生產方法，包括旋轉塗層和輥對輥印刷。NREL的研究人員甚至已經開發出了一種可以塗抹的鈣鈦礦墨水。

Berry預測，建造一座千兆瓦規模的鈣鈦礦太陽能板工廠的成本最終將是現在建造一座類似的矽太陽能板工廠成本的十分之一。

 聚焦中國市場

可以確信，任何新興行業都離不開中國玩家的身影，牛津光伏也不是唯一一家開拓串聯鈣鈦礦太陽能的公司。其他參與者包括日本的東芝和松下，以及斯坦福大學的附屬公司Tandem PV。

與此同時，一些公司繼續押注於純鈣鈦礦太陽能板。中國的萬度光能（Wonder Solar）和纖納光電（Microquanta Semiconductor）、波蘭的Saule Technologies，以及美國初創公司Energy Materials Corp都位列其中。

湖北萬度光能有限責任公司成立於2016年8月，杭州纖納光電科技有限公司於2015年在杭州未來科技城創立，兩者的起步時間略早於牛津光伏的小批次試生產階段。

透過掛牌轉讓，萬度光能獲得華中科技大學韓宏偉教授團隊印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池核心專利及關鍵技術，其特點是：在單一導電襯底上透過逐層印刷方式塗覆三層介孔膜，製備可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池。

該太陽能光伏技術原材料來源豐富，製作工藝簡單，重複性好，器件效率穩定性優異，易於規模化製備，被視為新一代太陽能電池技術中的傑出代表。

從目前的發展階段來看，2020年10月17日，韓宏偉教授團隊提出了一種可靠的方法使可列印鈣鈦礦太陽能電池在55°C±5°C的最大功率點下工作了9,000小時以上，而沒有明顯的衰減。

另一方面，纖納光電的商業化速度似乎更快了一些。公司在浙江衢州建有全球首個鈣鈦礦產業基地，專案一期廠房11,000平方米，已於今年7月31日落成投產，第一片鈣鈦礦光伏元件已成功下線。

纖納光電鈣鈦礦電池技術的材料成本僅為傳統光伏材料的1/20，大規模應用後，發電成本可降低至目前傳統電池的一半左右，最終發電價格約為0.2-0.3元/度，可與當前煤電價格相當。

截至目前，纖納光電累計完成三輪融資，B輪由中國長江三峽集團領投。公司正處於科研成果轉化階段，杭開創新工廠、衢江沿江景觀帶等新型低碳能源建築解決方案示範專案均已完成。

 結語

縱觀全球，鈣鈦礦太陽能頭部企業均已經進入設廠及小規模量產階段，中國公司在這方面並沒有明顯的落後。

但在攸關效能表現的光電轉換效率層面，無論是萬度光能還是纖納光電都稱不上傑出。2020年9月21日，2020中國可再生能源學術大會暨第二屆雲南綠色能源國際論壇上，纖納光電18.04%的鈣鈦礦小元件（19.276cm2）光電轉換效率成績被收錄其中，該成績重新整理了2019年由公司自己保持的中國最高效率紀錄。

2020年10月，上海科技大學寧志軍課題組在Cell Press(細胞出版社)旗下期刊Cell Reports Physical Science上發表文章，最新進展是實現了20.7%的效率和1000h的連續工作壽命。

顯而易見，這一效率目前尚且不能和傳統多晶矽太陽能板匹敵，遑論叫板牛津光伏這樣國際領先的鈣鈦礦太陽能龍頭企業。未來幾年，在發揮鈣鈦礦自身優勢以搶奪一二代太陽能板市場的同時，提升光電轉換效率仍是國內相關企業的重中之重。