一、行業(yè)基本概述
鈣鈦礦是一種分子通式為 ABX3 的晶體材料，呈八面體形狀，結(jié)構(gòu)特性優(yōu)異。鈣鈦礦晶體的制備工藝簡單，光電轉(zhuǎn)換效率高，在光伏、LED 等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
鈣鈦礦是一種具有很強(qiáng)光-電轉(zhuǎn)換效率的材料結(jié)構(gòu)，應(yīng)用廣泛關(guān)注度高。鈣鈦礦（分子通式為 ABX3 的一類晶體材料），最早是 1839 年德國科學(xué)家 GustavRose 發(fā)現(xiàn)了元素組成為 CaTiO3 礦物，后來人們將具有這種晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)統(tǒng)稱為鈣鈦礦。在鈣鈦礦八面體結(jié)構(gòu)中，A 是較大的陽離子，B 是較小的陽離子，X 是陰離子，每個(gè) A 離子被 B 和 X 離子一起構(gòu)成的八面體所包圍。
鈣鈦礦材料由于其光吸收系數(shù)高、載流子遷移率大、合成方法簡單等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代最具前景的光電材料之一。
鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池。PSCs 按照結(jié)構(gòu)可分為介孔型和平面型。在介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池中，鈣鈦礦材料作為光敏化劑覆蓋在多孔 TiO2 上，采用正置異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在平面結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池中，鈣鈦礦既是光吸收層，又是電子和空穴傳輸層，較介孔型結(jié)構(gòu)不需要多孔金屬氧化物股價(jià)，從而簡化制備工藝。平面型鈣鈦礦太陽能電池分為正置和倒置。
二、行業(yè)創(chuàng)新情況
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究與投資趨勢調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）》顯示，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速前進(jìn)，鈣鈦礦電池技術(shù)也得到了較快發(fā)展，電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率一次次地刷新著最高紀(jì)錄。2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka首次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電，當(dāng)時(shí)的電能轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%；十年之后，2019年，鈣鈦礦電池電能轉(zhuǎn)換效率便飆升至25%；2021年11月，柏林亥姆霍茲中心(HZB)研發(fā)的鈣鈦礦串聯(lián)電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá)29.8%，創(chuàng)造了至今為止鈣鈦礦電池最高紀(jì)錄，而且這一記錄已經(jīng)超過目前效率最高的異質(zhì)結(jié)、TOPCon等晶硅技術(shù)的效率極限。
資料來源：中國鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究與投資趨勢調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）
國內(nèi)方面，我國鈣鈦礦電池技術(shù)與國際先進(jìn)水平基本持平，且多項(xiàng)技術(shù)保持世界前列。
團(tuán)隊(duì)/商業(yè)公司
成就
華中科技大學(xué)武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室韓宏偉教授團(tuán)隊(duì)
2014年在美國《科學(xué)》雜志發(fā)表基于全印刷技術(shù)的介觀鈣鈦礦太陽能光伏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了印刷介觀太陽能電池及光電器件關(guān)鍵技術(shù)的突破；2015年研制出6平米全印刷介觀鈣鈦礦太陽能光伏模組，應(yīng)用前景良好；同時(shí)，依托鄂州萬度光能有限責(zé)任公司進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局一體化推進(jìn)，旨在實(shí)現(xiàn)廉價(jià)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化。
武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室印刷光電子實(shí)驗(yàn)室程一兵教授團(tuán)隊(duì)
實(shí)現(xiàn)了10厘米*10厘米鈣鈦礦光伏認(rèn)證效率16.5%、7厘米*7厘米轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.9%的鈣鈦礦光伏組件等杰出成果。
上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院韓禮元教授團(tuán)隊(duì)
2017年實(shí)現(xiàn)了有效面積36.1平方厘米、認(rèn)證效率12.1%的大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀(jì)錄；團(tuán)隊(duì)依托上海黎元新能源科技有限公司開展技術(shù)轉(zhuǎn)化以及光伏組件的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)。
中科院半導(dǎo)體所游經(jīng)碧研究員團(tuán)隊(duì)
2018年末刷新了鈣鈦礦光伏電池的轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄，經(jīng)美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室權(quán)威認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率突破23.7%。
中科院化學(xué)研究所綠色印刷實(shí)驗(yàn)室宋延林教授團(tuán)隊(duì)
開展了柔性鈣鈦礦太陽能光伏研究，通過納米組裝-印刷方式制備出“蜂巢狀納米支架”，實(shí)現(xiàn)了柔性鈣鈦礦太陽能光伏更高的力學(xué)穩(wěn)定，有望為柔性可穿戴電子設(shè)備提供可靠電源，當(dāng)前1平方厘米的柔性鈣鈦礦太陽能光伏的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.32%
蘇州協(xié)鑫納米公司
生產(chǎn)的面積1300平方厘米鈣鈦礦太陽能光伏效率達(dá)13.48%，創(chuàng)造截至2019年9月世界最大面積鈣鈦礦光伏組件之最、大面積鈣鈦礦組件效率之最，目前正在建設(shè)100MW級鈣鈦礦電池生產(chǎn)線。
杭州纖納光電科技有限公司
2017年2月，纖納光電以15.2%的轉(zhuǎn)換效率，首次打破此前長期由日本保持的鈣鈦礦小組件的世界效率紀(jì)錄。此后，分別在同年5月和12月，以16%和17.4%的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)了一年三破世界紀(jì)錄的佳績。2018年7月，其鈣鈦礦小組件效率再創(chuàng)新高，在19．277cm2的組件上將光電轉(zhuǎn)換效率提升至17．9％，穩(wěn)態(tài)功率輸出效率達(dá)到17．3％，又一次刷新了此前由該公司自己保持的世界紀(jì)錄。
2019年8月，量產(chǎn)鈣鈦礦薄膜光伏模組（200-800平方厘米）認(rèn)證效率超過11.98%，標(biāo)志著商業(yè)化大組件的成功下線，目前正在建設(shè)20MW鈣鈦礦太陽能光伏生產(chǎn)線。萬度光能依托華中科技大學(xué)韓宏偉團(tuán)隊(duì)技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)，已建立110平方米可印刷鈣鈦礦太陽能光伏示范系統(tǒng)。
無錫極電光能科技有限公司
2021年4月2日，公司對外宣布在大面積鈣鈦礦組件效率上取得了突破性進(jìn)展，經(jīng)全球權(quán)威測試機(jī)構(gòu)JET(日本電氣安全環(huán)境研究所)嚴(yán)格檢測，在63.98cm2的鈣鈦礦光伏組件上實(shí)現(xiàn)20.5%的光電轉(zhuǎn)換效率。該效率是目前全球范圍內(nèi)大面積鈣鈦礦組件效率的最高紀(jì)錄，已經(jīng)與當(dāng)前主流晶硅產(chǎn)品效率相當(dāng)。
資料來源：中國鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究與投資趨勢調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）
三、行業(yè)生產(chǎn)情況
目前晶硅電池占比約 95%，擁有成熟的硅料、硅片、電池片、組件產(chǎn)業(yè)鏈。但是，晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率理論上限在 30%左右，要突破該制約，鈣鈦礦電池成為重要的探索方向，也因此吸引了包括騰訊、寧德、碧桂園、長城等跨行業(yè)巨頭紛紛入局。柔性鈣鈦礦電池應(yīng)用場景豐富，適用于 BIPV、BAPV、柔性可穿戴電子設(shè)備、汽車等，這也是吸引跨界巨頭的原因之一?？偨Y(jié)來說，對于跨行業(yè)巨頭的入局，可能的原因包括：①提前部署下一代電池技術(shù)，搶占先發(fā)優(yōu)勢；②與現(xiàn)有業(yè)務(wù)的協(xié)同性。
入局鈣鈦礦電池企業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展梳理
企業(yè)
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
協(xié)鑫光電
2019年，率先建成10MW級別大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線，組件尺寸為45cm×65cm，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)15.3%。2022年，尺寸為1m×2m的全球最大尺寸鈣鈦礦組件已經(jīng)下線，投建的全球首條100MW量產(chǎn)線已在昆山完成廠房和主要硬件建設(shè)，計(jì)劃2022年投入量產(chǎn)，預(yù)計(jì)工藝和產(chǎn)能穩(wěn)定后，量產(chǎn)組件產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)化效率超過18%。
纖納光電
100MW的鈣鈦礦產(chǎn)線即將建成并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。2022年全球首個(gè)鈣鈦礦集中式光伏電站一期開工，裝機(jī)容量12兆瓦。2022年5月20日，鈣鈦礦α組件全球首發(fā)，打響產(chǎn)業(yè)化落地第一槍。
萬度光能
2021年投建可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目，擬分兩期建設(shè)，第一期建設(shè)一條200MW級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線落地，成功后擴(kuò)充至10GW產(chǎn)能，滿足光伏市場對廉價(jià)太陽能電池的需求。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后可年生產(chǎn)10GW以上太陽能電池。
仁爍光能
2021年底成立，主營業(yè)務(wù)為新型鈣鈦礦太陽能電池。2021年八月底蘇州6000平方米的10MW鈣鈦礦疊層中試線投入使用，目標(biāo)尺寸為300*400mm，效率達(dá)22%以上，預(yù)計(jì)2022年下半年落地1.5萬平方米廠房，啟動150MW鈣鈦礦光伏組件量產(chǎn)線建設(shè)，目標(biāo)尺寸1.2*0.6m，效率達(dá)20%以上。
中國華能
2020年，開啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，建設(shè)大面積模組中試實(shí)驗(yàn)線。2021年3月9日華能清能院世界最大單體鈣鈦礦電池組件下線，2021年l2月完成首批示范鈣鈦礦組件示范應(yīng)用。
寧德時(shí)代
寧德時(shí)代董事長曾毓群于2022年5月5日在業(yè)績說明會上稱，公司鈣鈦礦光伏電池研究進(jìn)展順利，正在搭建中試線。
極電光能
150MW試制線項(xiàng)目鈣鈦礦產(chǎn)品尺寸為1.2m>0.6m，設(shè)計(jì)效率不低于18%，預(yù)計(jì)2022年中建成投產(chǎn)。
深圳無限光能
2022年6月宣布完成數(shù)千萬元天使輪融資，由碧桂園創(chuàng)投參投，本輪融資將主要用于大尺寸鈣鈦礦太陽能電池組件試驗(yàn)線的建設(shè)、擴(kuò)充研發(fā)及量產(chǎn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。預(yù)計(jì)在2022年三季度完成試驗(yàn)線建設(shè)，年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大尺寸組件批量下線，目標(biāo)效率大于20%。下一步將啟動10MW級中試線建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)2024年建成100MW級量產(chǎn)線奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
東方日升
2022年定增募投項(xiàng)目“全球高效光伏研發(fā)中心項(xiàng)目"，擬建設(shè)鈣鈦礦及疊層電池試驗(yàn)線，建設(shè)周期為2年。
曜能科技
2019年，在北京建成高標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)中心并投入使用，加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
錦能新能源
2021年11月在常德規(guī)劃建設(shè)薄膜光伏全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目，主要建設(shè)鈣鈦礦銅錮嫁硒疊層電池研究院、生產(chǎn)線、光伏電站及配套設(shè)施，項(xiàng)目全部建成投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)后，量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率22%以上。
黎元新能源
公司已有鈣鈦礦電池設(shè)備、鈣鈦礦電池材料、鈣鈦礦電池模塊等產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)來源：中國鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究與投資趨勢調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）
四、市場需求情況
鈣鈦礦電池當(dāng)前主要應(yīng)用場景是在光伏領(lǐng)域，我國光伏產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，以及技術(shù)升級帶來行業(yè)驅(qū)動力，使得鈣鈦礦電池得以持續(xù)推動。2021年，我國新增光伏裝機(jī)量約55GW，保持持續(xù)增長。
資料來源：中國鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究與投資趨勢調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）
鈣鈦礦電池的優(yōu)勢主要包括高光吸收系數(shù)、超長載流子擴(kuò)散長度、低激子結(jié)合能、高缺陷容忍度、帶隙可調(diào)、制備工藝多樣。
鈣鈦礦材料由于是直接帶隙材料，吸光性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于晶硅材料。正因?yàn)槿绱耍Ч桦姵乩碚摴怆娹D(zhuǎn)換效率為 29.3%；單結(jié)鈣鈦礦電池理論光電轉(zhuǎn)換效率為 33%；多結(jié)鈣鈦礦電池理論光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到 47%。提高光電轉(zhuǎn)換效率的核心為改善能帶結(jié)構(gòu)。
按單位產(chǎn)能投資來看，1GW 晶硅電池，以目前最主流的 PERC 電池為例，硅料、硅片、電池片、組件環(huán)節(jié)單 GW 投資額分別為 3.45 億元、4 億元、1.5 億元、0.65 億元，合計(jì)為 9.6 億元。相比較而言，鈣鈦礦1GW 投資額，從化工原料到組件環(huán)節(jié)，合計(jì)約 5 億元左右。另外，從組件厚度來看，晶硅電池組件的厚度通常為 100 多微米，鈣鈦礦電池組件厚度約為 0.3 微米。制備成本方面，相較于晶硅電池，鈣鈦礦電池組件成本構(gòu)成中，鈣鈦礦材料占比約 5%，總成本約 0.5~0.6 元，僅為晶硅電池極限成本的 50%左右。
