近日，協(xié)鑫集團(tuán)旗下的蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司(簡稱協(xié)鑫納米)發(fā)布了其在鈣鈦礦光伏組件技術(shù)方面的突破性進(jìn)展。協(xié)鑫納米已經(jīng)率先建成10MW級別大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線，完成了相關(guān)材料合成及制造工藝的開發(fā)，并已開始100MW量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作，計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產(chǎn)。

鈣鈦礦技術(shù)已成為全世界最受矚目的新興光伏技術(shù)，業(yè)界期待鈣鈦礦技術(shù)在進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，能夠大幅度降低光伏組件的制造成本。

圖1：協(xié)鑫納米的鈣鈦礦組件

協(xié)鑫納米的10MW中試生產(chǎn)線所制造的鈣鈦礦光伏組件尺寸為45cm*65cm，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到15.3%。這是全世界范圍內(nèi)最大面積的鈣鈦礦光伏組件，也是大面積鈣鈦礦組件效率的最高數(shù)值。正在建設(shè)中的100MW量產(chǎn)生產(chǎn)線，將把組件面積擴(kuò)大至1m*2m，組件光電轉(zhuǎn)化效率將提高至18%以上。在現(xiàn)有的工藝條件下，100MW量產(chǎn)線制造的鈣鈦礦光伏組件的制造成本預(yù)計(jì)將低于1元/W，量產(chǎn)組件的工作壽命將達(dá)到25年以上。當(dāng)產(chǎn)能擴(kuò)大到1GW以上時(shí)，鈣鈦礦組件的制造成本還將進(jìn)一步下降到每瓦0.7元左右。如此低的組件成本，意味著光伏系統(tǒng)造價(jià)將低于3元/瓦，光伏電力的成本即便在中國東部地區(qū)都將顯著低于火電。

在平價(jià)上網(wǎng)成為行業(yè)最重點(diǎn)工作的當(dāng)下，這項(xiàng)技術(shù)的意義不言而喻，可以說鈣鈦礦技術(shù)的成功之日，就是光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)全面平價(jià)之時(shí)。

此前的各種光伏電池及組件技術(shù)，都是在國外完成全部技術(shù)開發(fā)之后再引入全套生產(chǎn)設(shè)備在國內(nèi)生產(chǎn)，普通晶硅、PERC、HJT、非晶硅、CIGS、CdTe莫不如是;而鈣鈦礦技術(shù)，是中國企業(yè)第一次從材料、設(shè)備到工藝全面實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)的產(chǎn)物。大面積鈣鈦礦組件生產(chǎn)工藝開發(fā)的成功，標(biāo)致著中國的光伏產(chǎn)業(yè)正式從技術(shù)的追隨者變成了引領(lǐng)者。

圖2：蘇州協(xié)鑫能源中心水上鈣鈦礦試驗(yàn)電站

鈣鈦礦技術(shù)的原理和優(yōu)勢

與傳統(tǒng)晶硅技術(shù)相比，鈣鈦礦技術(shù)具備若干顯著的優(yōu)勢。

首先鈣鈦礦材料是一種人工合成的晶體材料，材料的配方可以不斷地調(diào)整、迭代，在提高材料性能的同時(shí)降低制造成本。而晶硅材料并沒有可以調(diào)整之處，只能在提純工藝上做文章。

其次，鈣鈦礦材料對雜質(zhì)不敏感，通常90%左右純度的鈣鈦礦材料就可以用于制造效率達(dá)到20%以上的太陽能電池。晶硅材料則對雜質(zhì)非常敏感，純度必須達(dá)到99.9999%以上才能用于制造太陽能電池。對純度要求的差異自然帶來了顯著的成本差異。

圖3：鈣鈦礦薄膜的微晶結(jié)構(gòu)

鈣鈦礦材料的吸光能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過晶硅材料。晶硅太陽能電池中硅片的厚度通常為160至180微米，而鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦層的厚度僅為0.3微米。一個(gè)由60片硅片構(gòu)成的晶硅組件消耗硅材料約1公斤，而相同尺寸的鈣鈦礦組件僅消耗2克鈣鈦礦材料。

由于鈣鈦礦材料可以溶解在普通溶劑之中，鈣鈦礦組件可以通過溶液涂布工藝生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)工藝流程溫度不超過150度。而晶硅材料的鑄錠和提拉都需要在1500度以上高溫，生產(chǎn)能耗的差別可想而知。

基于上述原理性優(yōu)勢，鈣鈦礦技術(shù)自2009年出現(xiàn)以來，迅速得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視。目前國內(nèi)外幾乎所有與材料科學(xué)相關(guān)的大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行與鈣鈦礦光伏技術(shù)相關(guān)的研究，國內(nèi)外光伏企業(yè)也紛紛開始了鈣鈦礦光伏組件的量產(chǎn)技術(shù)開發(fā)。截至2019年2月，鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室效率已經(jīng)達(dá)到23.7%，超過了多晶硅、銅銦鎵硒、碲化鎘等傳統(tǒng)光伏技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室效率。

協(xié)鑫納米技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人范斌博士介紹：“從發(fā)展趨勢看，鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室效率必將在三年內(nèi)超過單晶硅的實(shí)驗(yàn)室效率。鑒于砷化鎵(三五族)太陽能電池成本過高(為晶硅電池的數(shù)百倍至上千倍)，無法在日常應(yīng)用中推廣，鈣鈦礦屆時(shí)必將成為效率最高且成本最低的主流光伏技術(shù)。”

鈣鈦礦技術(shù)面世之初，由于材料設(shè)計(jì)尚不成熟，其穩(wěn)定性受到了很多質(zhì)疑。2016年以來，隨著新型多離子混合型鈣鈦礦材料的應(yīng)用，以及緩沖層材料逐漸無機(jī)化，鈣鈦礦太陽能電池的工作壽命穩(wěn)步提高，在實(shí)驗(yàn)室中已可實(shí)現(xiàn)連續(xù)1000小時(shí)工作衰減低于5%。協(xié)鑫納米針對鈣鈦礦光伏組件開發(fā)的材料和封裝工藝，可以保證鈣鈦礦組件25年以上的穩(wěn)定工作壽命。

團(tuán)隊(duì)介紹與創(chuàng)業(yè)歷程

協(xié)鑫納米的技術(shù)團(tuán)隊(duì)源自廈門惟華光能有限公司。廈門惟華的創(chuàng)始人是國家^****特聘專家范斌博士。2013年，廈門惟華開始從事鈣鈦礦光伏組件技術(shù)開發(fā)，是全球范圍內(nèi)最早投入鈣鈦礦量產(chǎn)技術(shù)研究的企業(yè)之一。2016年底，協(xié)鑫集團(tuán)并購廈門惟華，同時(shí)開始在蘇州建設(shè)10MW級別鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線。2017年底，鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線建設(shè)完成。2018年底，中試生產(chǎn)線相關(guān)工藝開發(fā)完成，開始籌建100MW量產(chǎn)生產(chǎn)線。