4月份，美日等七國集團(tuán)（G7）通過了一份重要聯(lián)合聲明，這份聲明罕見的將鈣鈦礦型光伏電池列為革新技術(shù)。

要知道以往這種聲明都是以大的方向為主，比如七國集團(tuán)應(yīng)該朝著什么樣的方向努力之類的，大家達(dá)成共識就好，不會在某項技術(shù)上大費周章。

如今主動提到鈣鈦礦光伏電池，意味著它將被提高到戰(zhàn)略層級來對待。

(資料圖)

其實不止是這次會議，早在2020年開始，美日就大手筆押注了鈣鈦礦光伏電池

以美國為例，他們以政府的名義先后兩次投資研發(fā)鈣鈦礦光伏電池，金額高達(dá)7600萬美元，而且還特別對外強調(diào)，美國要借助新一代光伏電池提高競爭力。

這個競爭力不用說也知道是針對中國光伏企業(yè)。

在美國政府的引導(dǎo)下，美國光伏企業(yè)也開始發(fā)力。

他們光伏巨頭First Solar以8000萬美元的價格，收購了歐洲鈣鈦礦技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)Evolar AB。

其實不止是美國，日本、德國、英國、芬蘭等發(fā)達(dá)國家也在布局這個技術(shù)。

其中日本媒體更是直接出一篇文章說：要借助鈣鈦礦光伏電池打翻身仗。

毫無疑問，一場光伏的科技戰(zhàn)再次打響了。

美日歐等企業(yè)押注鈣鈦礦對中國進(jìn)行圍剿，試圖“彎道超車”從而打破中國在光伏產(chǎn)業(yè)上的全產(chǎn)業(yè)鏈的領(lǐng)先優(yōu)勢。

大家好呀，我是熊貓。

今天就來說說鈣鈦礦型光伏電池是啥？美日歐等企業(yè)真能憑借它彎道超車嗎？

鈣鈦礦其實是一類礦石的統(tǒng)稱。

2009年，兩名日本科學(xué)家在研究太陽能電池新材料時，無意中發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦光反應(yīng)性非常好，可以當(dāng)做光伏發(fā)電材料。

好到什么程度呢？

根據(jù)科學(xué)家的計算，單層鈣鈦礦光伏電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到33%，如果是疊層狀態(tài)，極限數(shù)值可以高達(dá)45%。

要知道，目前主流的晶硅光伏電池的理論極限轉(zhuǎn)換效率為 %，兩者差距非常明顯。

很多人可能不知道這種差距有多重要。

光伏電池之所以能夠發(fā)電，其原理是部分光敏材料在陽光的照射下，會吸收陽光中的能量，產(chǎn)生電流。

這種效應(yīng)也被稱為“光生伏打”效應(yīng)，光伏的名字也是由此而來的，衡量光伏電池性能最重要的指標(biāo)之一，就是光電轉(zhuǎn)換效率。

不過想要提升光電轉(zhuǎn)換效率非常難。

在硅晶體光伏上，人類的研究幾乎已經(jīng)達(dá)到極限。

2017年時，日本曾經(jīng)創(chuàng)造了單結(jié)晶硅%的轉(zhuǎn)換效率記錄，在整個光伏行業(yè)都引起震動。

這個記錄一直保持了整整五年才被中國隆基再次打破。

大家知道我們的轉(zhuǎn)換效率是多少嗎？

答案可能出乎大家意料，隆基研發(fā)出的電池轉(zhuǎn)換效率只有%，僅僅比日本提升了%左右。

在我們普通人的概念里，五年的研究僅僅提升%，這也好意思說出口？

但在業(yè)內(nèi)，它卻是地震級別的消息，不僅被德國一個研究所親自認(rèn)證，并且專門出了一份報告證明。

“世界太陽能之父”馬丁·格林也專門發(fā)布視頻宣布這個好消息，中國國家能源局也為隆基出了一篇文章點名表揚他們的成果。

可以說，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率每提高一個小點，在業(yè)內(nèi)都會引起極大的震動。

而鈣鈦礦電池卻可以非常輕松打破的這個記錄，甚至有希望將它提高到現(xiàn)由材料無法達(dá)到的高度。

因此鈣鈦礦電池也被認(rèn)為是革命性的新光伏材料。

除此之外，鈣鈦礦光伏電池還有一個好處，那就是可以節(jié)省很大的成本。

由于光電轉(zhuǎn)換效率更高，鈣鈦礦電池對于材料濃度的要求非常低，只要95%純度的鈣鈦礦，就能生產(chǎn)出光電轉(zhuǎn)換效率在20%以上的光伏電池。

而現(xiàn)有的晶硅電池對材料純度的要求在%以上，才能達(dá)到同樣效果。

純度越高對于技術(shù)和設(shè)備的要求就越高，相應(yīng)的投入就大了，根據(jù)統(tǒng)計，鈣鈦礦電池的投資只有晶硅電池的一半。

這也意味著鈣鈦礦不止是性能好，它的效益也會更好。

日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它的作用后，就一直在大力研究這種材料。

他們把鈣鈦礦材料應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中，獲得了世界上第一塊鈣鈦礦光伏電池。

當(dāng)然，此時它的光電轉(zhuǎn)換效率只有%，還比不上硅晶體。

于是他們又在實驗室研究了十多年，希望借助鈣鈦礦光伏電池彎道超車。

實驗結(jié)果也不負(fù)眾望，鈣鈦礦電池的發(fā)電效率越來越高，最高可以達(dá)到%，遠(yuǎn)超硅晶體光伏電池。

但是讓日本想不到的是，他們先發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦光伏電池，卻被其他國家反超，特別是中國，曾多次超越日本光電轉(zhuǎn)換效率。

2023年初，日本人研發(fā)的鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)化率達(dá)到29%，整整提升了3%以上，再次打破隆基的記錄。

這才有了開頭日本媒體說要對中國光伏彎道超車的事情。

結(jié)果他們還沒高興多久，這個記錄再次被中國隆基打破，將鈣鈦礦光伏電池的轉(zhuǎn)化效率提高到%。

當(dāng)時日本媒體很不爽，可又很無奈，他們發(fā)布文章痛斥日本企業(yè)不作為，文章的標(biāo)題就是：日本發(fā)明技術(shù)，中國率先量產(chǎn)。

我看了整篇文章，只能用“一股濃濃的酸味”來形容日本媒體。

事實上日本媒體不爽是有道理的。

我們上面就說過，日本多次打破我們記錄，但是總是被我們再次反超，實際上不只是上面提到的，在整個光伏史上，中國光伏一家就單挑整個美日歐等國的企業(yè)聯(lián)合團(tuán)體，在多次材料變革上一次次反超他們。

目前光伏電池的主要材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅和鈣鈦礦等多種。

其中，單晶硅電池和多晶硅電池也被統(tǒng)稱為晶硅電池，就是我們常見的一塊塊板狀的光伏電池，而非晶硅電池和鈣鈦礦電池則通常是薄膜狀的，柔韌性更好，可以覆蓋在各種物體的表面上。

這些材料都有各自的優(yōu)缺點，多晶硅電池制造成本低，但光電轉(zhuǎn)換效率也低，而光電轉(zhuǎn)換效率最高的鈣鈦礦電池，其制造難度又是最高的。

在幾十年的光伏發(fā)展中，這幾種材料你方唱罷我登場，各自成為過一段時間的頂流。

2020年的時候，美國國家實驗室回顧、梳理了過去數(shù)十年來光伏電池片發(fā)電效率的歷史，發(fā)現(xiàn)光伏電池片技術(shù)發(fā)電效率的演進(jìn)歷程為：

從薄膜非晶硅到多晶硅，再到單晶硅，最后是鈣鈦礦為代表的一系列新技術(shù)。

但美國國家實驗室沒說的是，這些光伏材料的共同點是，無論最初由誰發(fā)明，中間由誰領(lǐng)先，最終掌握了最高生產(chǎn)量和技術(shù)的，都是我們中國。

那么，我們是如何做到的呢？

先來說說光伏領(lǐng)域的第一代霸主——薄膜非晶硅電池。

薄膜非晶硅電池誕生于上個世紀(jì)70年代，1973年和1979年的兩次石油危機，讓西方世界陷入了滯脹的困境中，各國都在尋找能夠代替石油的新能源技術(shù)，光伏技術(shù)得到了極大的發(fā)展。

1976年，美國無線電公司發(fā)明了世界上第一種非晶硅薄膜電池，并在第二年將其光電轉(zhuǎn)化效率提高到了%。

非晶硅薄膜電池最大的特點，就是只需要非常薄的一層，就可以發(fā)電。

這樣一來，它就可以做得非常薄且柔軟，可以覆蓋在各種設(shè)備和建筑的表面。

也正是因為這些特性，雖然非晶硅電池誕生于美國，但對非晶硅電池技術(shù)投入最大的，卻是缺煤少油、地少人多的日本，他們對占地面積少的非晶硅電池興趣非常高。

日本在非晶硅電池領(lǐng)域投入了大量的資源，很快就超越美國，開始引領(lǐng)非晶硅電池的發(fā)展。

1978年，日本制成了第一塊集成型的非晶硅太陽能電池，開啟了非晶硅電池的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

1980年，日本三洋公司向市場推出了首款裝有非晶硅太陽能電池的袖珍計算器。

1993年，日本工業(yè)技術(shù)研究院又將原本的各種光伏補貼計劃，合并成了規(guī)模龐大的“新陽光計劃”，將非晶硅光伏電池技術(shù)列為主要的開發(fā)項目，計劃投入約5000億日元扶持其發(fā)展。

在巨額補貼的激勵下。

從1996年開始，日本的光伏裝機規(guī)模就一直保持在世界第一，直到2004年才被德國超越，

日本國內(nèi)也崛起了一批光伏巨頭。

2003年時，日本夏普、京瓷、三洋、三菱四家就占據(jù)了全球光伏電池產(chǎn)量的 %。

然而，日本光伏產(chǎn)業(yè)很快就又犯了日本企業(yè)的老毛病——吃獨食。

日本光伏企業(yè)堅持從上游的硅料到下游的組件全都要自己生產(chǎn)，還對部分專利技術(shù)敝帚自珍，壟斷專利限制發(fā)展。

早在1990年，三洋公司就研發(fā)出了HJT電池，這種電池類似于非晶硅薄膜和晶硅電池的結(jié)合體，光電轉(zhuǎn)換效率可以輕松達(dá)到25%以上，遠(yuǎn)超單晶硅電池。

但三洋公司早早地就立馬申請了專利，并且在專利保護(hù)期內(nèi)既不肯與其他公司合作，也不肯授權(quán)他人研究生產(chǎn)，導(dǎo)致該技術(shù)進(jìn)步緩慢、成本居高不下。

在1980 年代時，非晶硅薄膜電池一度占據(jù)了30%的市場份額，被稱為下一代光伏技術(shù)。

但隨著日本對這一領(lǐng)域的專利壟斷，國際光伏業(yè)界將目光轉(zhuǎn)向了多晶硅技術(shù)。

多晶硅電池的生產(chǎn)開始成本不斷下降，光電轉(zhuǎn)換效率不斷提高，在1990年代超越了非晶硅電池，成為了市場上的主流。

多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)其實出現(xiàn)得很早，1955年，德國西門子就發(fā)明了多晶硅材料的工業(yè)生產(chǎn)方法——西門子法。

但是早期的西門子法存在生產(chǎn)效率低，副產(chǎn)物中有大量有毒物質(zhì)等問題，生產(chǎn)規(guī)模很有限。

直到1973年第一臺個人電腦的發(fā)明，歐美的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始飛速發(fā)展，對于多晶硅的需求也不斷增長。

西方各國對西門子法進(jìn)行了一系列的改良，大大降低了污染排放和生產(chǎn)成本。

由此形成了美國hemlock、德國瓦克、日本三菱等七大廠商壟斷多晶硅生產(chǎn)的格局。

而由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的落后，直到2007年之前，國內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)幾乎是一片空白，為此，我們的光伏產(chǎn)業(yè)還曾交過一大筆學(xué)費。

21世紀(jì)初，隨著環(huán)保理念越發(fā)深入人心，國際能源署曾預(yù)測：20年后，全球光伏太陽能發(fā)電的規(guī)模將增加上萬倍。

誰能在光伏上占領(lǐng)制高點，誰就能掌握未來工業(yè)與經(jīng)濟(jì)。

于是，在2004年，德國修訂了《可再生能源法案》，推出了大規(guī)模的光伏補貼計劃。規(guī)定使用光伏發(fā)電的企業(yè)，每發(fā)一度電將補貼40-50歐分。

德國一躍成為世界上最大的光伏市場，占據(jù)了全球80%以上的份額。

歐洲急速增長的光伏需求，帶動我們國內(nèi)的光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，誕生了保定英利、無錫尚德等一批光伏產(chǎn)業(yè)巨頭。

但是這些光伏企業(yè)只是在技術(shù)難度更低的組件等產(chǎn)業(yè)鏈下游行業(yè)扎堆，對于上游的多晶硅料生產(chǎn)幾乎沒有涉足。

國際多晶硅料生產(chǎn)商趁機大規(guī)模漲價，在短短四年的時間里，多晶硅料的價格就上漲了整整十倍多。

痛定思痛，2006年，國內(nèi)企業(yè)開始從國外引進(jìn)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)，國內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)這才開始起步。

同樣是在2006年，原本主營發(fā)電廠業(yè)務(wù)的保利協(xié)鑫開始進(jìn)軍多晶硅產(chǎn)業(yè)。

不得不說，保利協(xié)鑫是非常有勇氣的，在2007年建立了第一條生產(chǎn)線之后，他們就開始在生產(chǎn)線上進(jìn)行各種新工藝的實驗了。

當(dāng)時的多晶硅生產(chǎn)設(shè)備說是搖錢樹也不為過，但他們就是敢在自家的搖錢樹上做實驗。

其中，最重要的工藝探索就是嘗試將熱氫化工藝改良成冷氫化工藝。

簡單來說，就是更改反應(yīng)物，將反應(yīng)所需的溫度從1250℃的高溫，降低到500-600℃，從而節(jié)省大量的能源。

破釜沉舟的勇氣，加上研究人員的聰明才智，2009年，保利協(xié)鑫研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的冷氫化生產(chǎn)工藝。

僅這一項生產(chǎn)工藝的變革，就讓多晶硅的生產(chǎn)成本直接降低了70%，中國的多晶硅生產(chǎn)實現(xiàn)了對國外巨頭的反超。

憑借更低的生產(chǎn)成本，中國的多晶硅產(chǎn)能迅速擴(kuò)大，2011年時，中國多晶硅產(chǎn)量就達(dá)到萬噸，成為世界第一。

在不斷迭代，成本不斷降低的中國光伏產(chǎn)品沖擊下，歐美日大量的光伏企業(yè)宣告破產(chǎn)倒閉。

比如曾經(jīng)的光伏巨頭日本，從2006 年到2017年，日本就有 251 家太陽能企業(yè)宣告破產(chǎn)。

且從 2014 年開始，太陽能公司破產(chǎn)數(shù)量開始加劇，當(dāng)年破產(chǎn)公司數(shù)量達(dá) 21 家，同比增加 %；2016 年破產(chǎn)67 家，同比增加 %；2017年上半年，破產(chǎn)公司更是達(dá)到50家，同比增加 %。

2017年時，曾經(jīng)占據(jù)世界光伏產(chǎn)業(yè)半壁江山的日本企業(yè)，沒有一家能夠擠進(jìn)世界前十大光伏廠商榜單。

除了在多晶硅產(chǎn)業(yè)中后來居上，我們還依靠技術(shù)革命，在單晶硅領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了對西方國家的絕殺，讓光伏產(chǎn)業(yè)徹底成為中國壟斷的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。

最早實用化的光伏電池其實是單晶硅電池。

1958 年，美國霍夫曼電子公司為美國先鋒1號衛(wèi)星生產(chǎn)了一個轉(zhuǎn)換效率為 9％，面積為100平方厘米的單晶硅太陽能電池板，這是歷史上第一個得到商業(yè)化應(yīng)用的太陽能電池。

但是，單晶硅電池長久以來都沒得到發(fā)展，就是因為它有一個很大的問題——生產(chǎn)成本太高。

不同于多晶硅，單晶硅材料需要用提拉法一根一根地生產(chǎn)硅棒，生產(chǎn)效率很低。

所以，雖然單晶硅誕生得最早，技術(shù)最為成熟，但是一直都未能占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，甚至在中國多晶硅產(chǎn)業(yè)崛起之后，由于成本上的劣勢，還喪失了大部分的市場份額。

但是在2013年，隆基綠能橫空出世，給單晶硅電池產(chǎn)業(yè)帶來了兩項革命性的變革，直接改寫了世界光伏產(chǎn)業(yè)的格局。

隆基綠能提出了兩項單晶硅產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)，其一是金剛線切割工藝，其二是直拉單晶技術(shù)。

單晶硅剛剛生產(chǎn)出來的時候是一整根的硅棒，想要做成一片片的電池，就得進(jìn)行切割。

傳統(tǒng)的工藝是用金屬線和金剛石砂漿來對硅棒進(jìn)行切割。

這種工藝使用的金屬線直徑達(dá)到140μm以上，加上金剛砂的直徑，每切割一片，就有至少180μm厚的硅料損失。

而隆基研制出了一種可以直接切割硅棒的國產(chǎn)金剛石切割線，將切割時的硅料損失降低到了90μm以下，降低了一半還多。

這樣一來，同樣的一根硅棒，就能切割出更多的光伏硅片，材料利用率大大增高，成本隨之降低了一大截。

而另一項直拉單晶技術(shù)，則是通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提升拉速等技術(shù)大幅降低單晶拉棒生產(chǎn)能耗和成本，采用直拉單晶技術(shù)后，單晶硅材料的生產(chǎn)效率提升20％以上，綜合生產(chǎn)成本降低了10％。

通過這兩項革命性的技術(shù)創(chuàng)新，隆基綠能一舉成為中國光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊，帶動中國光伏產(chǎn)業(yè)的單晶硅生產(chǎn)成本不斷下降。

而因為之前成本過高，西方國家在單晶硅領(lǐng)域幾乎沒有布局，在這一波技術(shù)革新的浪潮中被中國遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在了后面。

2018年，單晶硅電池的市場占有率首次超過多晶硅電池，之后份額還在不斷擴(kuò)張，到2022年，單晶硅電池的市場份額已經(jīng)超過了90%，而且這些市場份額基本上都是中國企業(yè)占據(jù)的。

在多晶硅電池被超越，單晶硅電池更是被中國完全甩開之后，西方國家是有些絕望的。

無論是上游的硅料、中游的硅片還是下游的組件，中國企業(yè)都牢牢占據(jù)了90%以上的市場份額。

但是光伏產(chǎn)業(yè)關(guān)系到環(huán)保話語權(quán)，關(guān)系到未來的能源發(fā)展，西方國家無法接受就這么直接放棄。

他們開始投入大量資金，研究可以取代目前主流的晶硅電池的光伏材料，希望能夠通過底層的材料變革，顛覆目前的光伏格局。

2009年，日本科學(xué)家宮坂力在研究新光伏材料時發(fā)現(xiàn)，往材料中摻入少量的鈣鈦礦就能提高材料的光電轉(zhuǎn)換效率，由此他們發(fā)明了世界上第一塊鈣鈦礦電池，光電轉(zhuǎn)換效率為%。

雖然剛誕生時的效率并不高，但科學(xué)家們很快就意識到鈣鈦礦電池的潛力巨大。

2013年，美國《科學(xué)》（Science）雜志將鈣鈦礦評為年度十大科學(xué)突破之一，并將它稱為“新一代太陽能電池材料”，認(rèn)為它將改變世界光伏產(chǎn)業(yè)的格局。

同年，韓國的樸南圭教授、瑞士的格雷策爾教授和英國的斯奈斯教授，將初代鈣鈦礦電池的液態(tài)電解質(zhì)，替換成了固態(tài)電解質(zhì)，解決了液態(tài)電解質(zhì)不穩(wěn)定、難封裝的問題，并將轉(zhuǎn)換效率提高到了%。

鈣鈦礦電池展現(xiàn)出來的潛力引起了全世界的關(guān)注，中、日、韓、歐、美各國的頂級實驗室和科學(xué)家，都加入了這場對鈣鈦礦電池的研究會戰(zhàn)之中。

誰能夠取得最高的光電轉(zhuǎn)換效率，成為舉世矚目的焦點。

2013年，英國科學(xué)家亨利·斯奈斯采用了一種新的制備工藝，獲得了效率達(dá)到%的鈣鈦礦薄膜電池。

2016年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院用涂布工藝和簡易真空工藝結(jié)合，制備出SD卡大小的鈣鈦礦太陽能電池，單元轉(zhuǎn)換效率一下超過了20%。

2017年，韓國科學(xué)家繼續(xù)改進(jìn)鈣鈦礦電池中的吸光材料，將其光電轉(zhuǎn)換效率提升至%。

歐美日韓在鈣鈦礦研究上你追我趕，眼看著鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近單晶硅電池的極限，似乎光伏產(chǎn)業(yè)彎道超車，超越中國的曙光就在眼前了。

可惜的是，中國早已經(jīng)不是那個吳下阿蒙了，隨著中國光伏產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，對于研發(fā)的重要性越來越重視，不惜花費重金投入，所以成果也開始一個個涌現(xiàn)

2022年1月，南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊研制的，全鈣鈦礦疊層電池經(jīng)過國際權(quán)威認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)%，首次超越了單結(jié)鈣鈦礦電池，與晶硅電池最高效率相當(dāng)。

2023年6月，隆基綠能正式宣布，經(jīng)歐洲太陽能測試機構(gòu)ESTI權(quán)威認(rèn)證，隆基綠能實現(xiàn)了晶硅-鈣鈦礦疊層電池%的轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

而目前，鈣鈦礦電池仍然沒有達(dá)到其理論效率極限，各國科學(xué)家仍然在爭奪這一領(lǐng)域的最高成就。

但是，在實驗室之外，包括寧德時代、協(xié)鑫光電等中國企業(yè)已經(jīng)建成了100MW級別的實驗生產(chǎn)線，中國的鈣鈦礦電池已經(jīng)進(jìn)入了量產(chǎn)前夜。

并且在2019年之后，在鈣鈦礦太陽能電池的專利申請中，有68%都來自中國。

截至2019年12月，中國的鈣鈦礦太陽能電池專利申請總量高達(dá) 2282個，排名世界第一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美日韓等國。

無論是投資、產(chǎn)能還是技術(shù)專利，中國的鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)都已經(jīng)走在世界前列，歐美日想要憑借鈣鈦礦電池彎道超車的美夢，恐怕是要破滅了。

所以日本媒體才會酸溜溜地說，日本發(fā)明了鈣鈦礦，卻是中國率先實現(xiàn)量產(chǎn)，可以預(yù)見的是，中國的光伏產(chǎn)業(yè)又將再一次席卷全球。

好了我是熊貓，本期視頻就到這里，我們下期見！