昆山協(xié)鑫光電材料有限公司董事長(zhǎng)范斌博士。

9月9日，2024浦江創(chuàng)新論壇——綠色低碳創(chuàng)新論壇在上海市虹口區(qū)舉行。

作為論壇嘉賓，國(guó)際知名鈣鈦礦技術(shù)領(lǐng)跑企業(yè)、昆山協(xié)鑫光電材料有限公司董事長(zhǎng)范斌博士作“鈣鈦礦疊層組件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展報(bào)告”主題分享，并接受了澎湃科技的專訪。

一束光照過(guò)來(lái)，它就能發(fā)電。鈣鈦礦是像晶體硅一樣能夠進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的材料，可以被用于光伏發(fā)電。不同的是，鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)換等性能更佳。

“也許十年、二十年之后會(huì)有別的選擇，但目前，有且僅有鈣鈦礦這一個(gè)材料可以實(shí)現(xiàn)（光電轉(zhuǎn)換）效率的突破?！?“其實(shí)光伏企業(yè)就像100年前的石油公司一樣。”范斌說(shuō)，這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，“光伏發(fā)電占國(guó)內(nèi)發(fā)電量的占比，在我們剛?cè)胄械臅r(shí)候只有0.1%，幾年過(guò)去，目前已經(jīng)達(dá)到4%。我相信，將來(lái)可以占到70%以上?！?/p>

范斌表示，除了進(jìn)一步提高鈣鈦礦光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品質(zhì)量，目前他還想做的是，建盡可能多的示范電站，然后運(yùn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間。他認(rèn)為，只有這樣，才能夠讓所有的用戶相信鈣鈦礦可以跟晶體硅一樣穩(wěn)定、可靠。“畢竟實(shí)驗(yàn)室的模擬，不可能代表現(xiàn)實(shí)中的所有工況?！倍ㄔO(shè)和運(yùn)行更多的示范電站，就需要相關(guān)政策的鼓勵(lì)和政府相關(guān)部門的支持。

昆山協(xié)鑫光電材料有限公司成立于2019年，主要從事大面積鈣鈦礦光伏組件的研究、開(kāi)發(fā)及量產(chǎn)，由協(xié)鑫、騰訊、淡馬錫、紅杉、IDG等共同投資。

非鈣鈦礦不可？ 別無(wú)選擇！

范斌表示，鈣鈦礦材料最大的價(jià)值在于光電轉(zhuǎn)換效率高，“不是說(shuō)‘一騎絕塵’，而是唯一的選擇?！薄澳壳埃星覂H有鈣鈦礦這一個(gè)材料可以實(shí)現(xiàn)（光電轉(zhuǎn)換）效率的突破?！薄斑h(yuǎn)遠(yuǎn)高于大自然光合作用的轉(zhuǎn)換效率?！?/p>

范斌表示，目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以做到接近35%，而小麥田間光合作用的轉(zhuǎn)換效率大約1%到2%；效率最高的是甘蔗，大約5%到6%。

鈣鈦礦既不是鈣，也不是鈦。它原本是一種由無(wú)機(jī)物鈦酸鈣組成的天然礦物的名字，目前被用作一類材料的統(tǒng)稱。人們目前還在不斷研發(fā)、合成新“配方”的鈣鈦礦材料。雖然它們的成分已不是鈦酸鈣，但它們都跟鈦酸鈣擁有相同的晶體結(jié)構(gòu)。

1839年，柏林大學(xué)礦物學(xué)家古斯塔夫斯·羅斯（Gustavus Rose）在歐亞兩洲的分界線烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了天然的鈣鈦礦。

2024年SNEC上海光伏展協(xié)鑫光電展示的三塊大尺寸鈣鈦礦組件產(chǎn)品，從左至右依次為鈣鈦礦BIPV組件、鈣鈦礦晶硅疊層組件（效率26.36%@1.71 平米）、鈣鈦礦單結(jié)組件（效率19.04%@2平米）。

據(jù)科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，鈣鈦礦是具備相同晶體結(jié)構(gòu)的一類“陶瓷氧化物”的統(tǒng)稱，分子式為ABX3。南開(kāi)大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院教授羅景山介紹，根據(jù)材料的元素組成，可以將鈣鈦礦大致分為三類：復(fù)合金屬氧化物鈣鈦礦、有機(jī)雜化鈣鈦礦、無(wú)機(jī)鹵素鈣鈦礦?，F(xiàn)在用于光伏的鈣鈦礦通常是后兩種。

晶體硅和鈣鈦礦都能用作光伏材料，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

范斌介紹，“2016年的時(shí)候，晶體硅在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的光電效率是26.8%，到今年它的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率是27.3%。這么多年過(guò)去，平均每年提升不到0.1%，基本上到頭了。”

“量產(chǎn)晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率大概在22%到23%之間，而且明顯上不去了，而我們量產(chǎn)鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率可以做到26%到27%。如果跟晶體硅疊在一起，做成雙結(jié)的電池，我們相信可以實(shí)現(xiàn)35%以上的光電轉(zhuǎn)換效率?！?/p>

協(xié)鑫光電是全球最早涉足鈣鈦礦領(lǐng)域的企業(yè)之一。

范斌表示，“在鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，協(xié)鑫光電目前是公認(rèn)的全世界做得最好的企業(yè)，是第一梯隊(duì)，有且僅有我們一家?！薄皬?013年就開(kāi)始深耕大尺寸鈣鈦礦組件技術(shù)，在積累了十多年后，除了100兆瓦的產(chǎn)線投產(chǎn)，公司首條吉瓦級(jí)鈣鈦礦商用組件項(xiàng)目將于2024年底竣工?！薄?00兆瓦是指產(chǎn)線一年能夠生產(chǎn)合計(jì)100兆瓦的光伏組件?！?/p>

最大的挑戰(zhàn)

范斌介紹，晶體硅是從砂石等材料中提純獲得的材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而穩(wěn)定，而鈣鈦礦材料是人為設(shè)計(jì)、人工合成的晶體，包括成千上萬(wàn)種材料，“復(fù)雜而敏感”。

但范斌不認(rèn)為“鈣鈦礦材料復(fù)雜而敏感”是一個(gè)很大問(wèn)題。他舉例說(shuō)，鉛酸電池很穩(wěn)定，也很耐用，可以連續(xù)使用幾年，但鋰電逐漸被替代了。雖然鋰電在碰撞中會(huì)起火、燃燒甚至爆炸。鋰電的能量密度高，風(fēng)險(xiǎn)隨之上升。用鋰電，就必須要接受它的風(fēng)險(xiǎn)。鈣鈦礦材料復(fù)雜而敏感，需要更高水平的技術(shù)才能駕馭。

鈣鈦礦與晶硅電池疊層后，可以有效吸收不同波長(zhǎng)的光，提升整體光電轉(zhuǎn)換效率。

雖然目前鈣鈦礦材料還存在轉(zhuǎn)換效率需要進(jìn)一步提高、穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提升等問(wèn)題，但范斌認(rèn)為，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化最大的挑戰(zhàn)是，沒(méi)人做過(guò)這件事，“這個(gè)產(chǎn)業(yè)以前不存在” 。

他解釋說(shuō)，晶體硅相關(guān)的光伏技術(shù)大都是從國(guó)外引進(jìn)，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的，而鈣鈦礦在實(shí)驗(yàn)室里被用于太陽(yáng)能電池是2009年。僅僅花了15年時(shí)間，人們就把一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的東西，逐漸地做到產(chǎn)線上能夠使用、生產(chǎn)，然后開(kāi)始有一些早期的商業(yè)應(yīng)用，這完全是從無(wú)到有。

“大規(guī)模鋪開(kāi)、應(yīng)用，還需要過(guò)一關(guān)，就是大家相信它可以用”，范斌說(shuō)，所以需要建足夠多的示范電站，運(yùn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間，讓更多人看到并產(chǎn)生信任。“我們現(xiàn)在的100兆瓦生產(chǎn)線是2021年跑通的，然后2021年就開(kāi)始逐漸做示范驗(yàn)證，2023年我們?nèi)デ嗪ｉ_(kāi)始建示范電站?！?/p>

范斌表示，雖然現(xiàn)在光伏發(fā)電的成本已經(jīng)比火電便宜大概20%，然而光伏發(fā)電有一個(gè)顯著的問(wèn)題，就是只能白天太陽(yáng)出來(lái)的時(shí)候發(fā)電，陰雨天或晚上沒(méi)辦法發(fā)電。所以，光伏發(fā)電要想替代火電，需要搭配儲(chǔ)能，把白天發(fā)的電“儲(chǔ)存”起來(lái)。但這樣的成本會(huì)不會(huì)比火電的成本更高？解決的辦法是，進(jìn)一步降低光伏的成本，進(jìn)一步降低儲(chǔ)能的成本。這就要求進(jìn)一步提高光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率。未來(lái)的鈣鈦礦光伏組件可以部署到海上，部署到沙漠里，也可以分布式地部署在屋頂上，或玻璃幕墻里。

協(xié)鑫光電吉瓦級(jí)鈣鈦礦商用組件項(xiàng)目規(guī)劃圖，項(xiàng)目將于2024年底竣工。

他表示，人們還有一個(gè)擔(dān)心。晶體硅很穩(wěn)定，一般可以用25年、30年。而相關(guān)的投資回報(bào)都是基于25年到30年的產(chǎn)品使用壽命來(lái)計(jì)算的。那么，對(duì)鈣鈦礦，大家關(guān)注的也是投資回報(bào)率：25年或30年里，它發(fā)的電，能不能每年都收回來(lái)？

范斌說(shuō)，“我們不怕競(jìng)爭(zhēng)?！?他對(duì)自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和公司有信心。他認(rèn)為，更多公司的參與，有助于整個(gè)技術(shù)生態(tài)的成熟。競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的不僅是壓力，還有產(chǎn)業(yè)鏈的完善和資本的匯聚。“做的人越多，配套的供應(yīng)商也就會(huì)越多，調(diào)用的資本量也會(huì)越大，技術(shù)進(jìn)步才會(huì)越快?！?/p>