【NEX 2025】協鑫光電：鈣鈦礦產業化進程
近期，我會在京成功舉辦第十九屆中國新能源國際論壇暨展示（NEX 2025）。我會常務副會長單位、昆山協鑫光電材料有限公司總經理田清勇出席光伏創新與應用論壇并以 “鈣鈦礦產業化進程”為題，分享了企業在鈣鈦礦電池研發、工藝優化等方面的實踐經驗。
田清勇在分享中指出，光伏用鈣鈦礦并非原生碳酸鈣晶體結構，而是通過元素替換形成，如最早的甲胺鉛碘鈣鈦礦，其需依附固定基材，且材料特性優良，僅需 0.5 到 0.7 微米厚度的薄膜就能實現良好的光吸收，過厚薄膜反而會影響效率。從結構模型來看，鈣鈦礦屬于離子型晶體，由無機框架構成，離子及無機框架組分在一定條件下可能發生遷移，這導致其穩定性與原子晶體結構的傳統晶硅存在差距，但晶硅穩定性表現十分出色。在材料設計方面，鈣鈦礦展現出顯著優勢。通過改變組分可實現性能提升，自 2009 年相關研究起步以來，鈣鈦礦組分已從單一類型發展為多元混合，在金屬位和鹵素位均有混合變化。相較于晶硅常用的摻硼、鉀等有限材料，鈣鈦礦在電子材料選擇上更為豐富，不僅有無機系、有機系之分，可適配不同工藝，且在鈍化材料選擇上可能性極多，僅報道的鈍化材料就數以千計，還可針對鈣鈦礦上界面、下界面等不同位置進行鈍化。單極技術層面，鈣鈦礦電池膜層特性使其具備與其他技術疊層的潛力，雖薄膜性透光技術不止鈣鈦礦，但目前鈣鈦礦是疊層電池的最優選擇，而晶硅在性能上表現突出，因此鈣鈦礦與晶硅疊層成為當前制作疊層電池的最佳材料組合。
從產業價值來看，隨著光伏產業不斷發展，光伏系統組件成本占比持續降低。國內西部大型場站組件成本占整體成本的 20% 到 30%，海外市場因人工、土地價格較高，組件成本占比更低，國內小工商業市場亦是如此。在此背景下，進一步降低光伏發電度電成本，提升效率成為關鍵，鈣鈦礦與晶硅疊層則是提升組件效率的有效方式。田清勇通過數據直觀展示了鈣鈦礦的降本效應：組件效率提升后，相同功率組件所需電池片數量減少，人工、土地、支架等成本按比例下降，而逆變器等電力電子部件成本因與電站規模相關可保持穩定。經統計，在國內市場，每提高 1% 的光伏組件效率，可使組件端系統成本下降近 5 分錢 / 瓦；若建設 1GW 疊層電站，使用 35% 效率的疊層組件（當前為數據預測），每 GW 建設成本可降低 5 億，這也成為未來疊層組件溢價的重要來源。除高效率優勢外，鈣鈦礦還具備出色的發電能力。受載流子傳送機制影響，傳統晶硅溫度系數多在 - 0.3 至 - 0.4 之間（異質結技術略低），而鈣鈦礦因材料、緩沖材料、鈍化材料的差異，溫度系數表現不同，但基本維持在 0 上下，對溫度變化不敏感，發電能力更優。在碳排放方面，鈣鈦礦合成及材料制備工藝溫度較低（通常不超過 150 度，此溫度下結構穩定），具備顯著的低碳優勢。針對鈣鈦礦含鉛可能引發的生態問題，田清勇解釋道，鈣鈦礦膜層僅 0.5 微米厚，鉛含量在組件質量占比中小于 100ppm，遠低于傳統晶硅組件中為提升穩定性而添加的玻璃含鉛量，無需過度擔憂其生態影響。產品形式上，鈣鈦礦比晶硅更為豐富。除傳統地面光伏電站、戶用電站外，還可與建筑集成，制成半透明組件、幕墻，或打造輕質化組件，在車載光伏、衛星應用等領域也有初步嘗試，不過目前這些特色場景滲透率仍較低。
田清勇表示，當前鈣鈦礦研發吸引了眾多企業參與，主要分為四類：一是傳統晶硅光伏企業，大多設立研究部門開展相關研究；二是初創企業，由高校和研究機構學者推動產業發展；三是跨界龍頭企業，如寧德時代、京東方、華能、比亞迪等，部分企業因鈣鈦礦工藝與自身工藝相似（如京東方代表的顯示器行業）而積極布局；四是海外公司，鑒于中國在光伏產業上下游供應鏈及應用領域的全球領先地位，海外將鈣鈦礦視為提升競爭力的重要技術方向，大力投入研發。政策支持方面，近十年來，國內外均高度重視鈣鈦礦技術應用。國內科技部、工信部等部門持續推動，海外如日本政府更是投入數十億日元扶持國內頭部企業開展鈣鈦礦相關研究。
作為鈣鈦礦產業化的引領者，協鑫光電在該領域已深耕近十年。自 2013 年啟動鈣鈦礦商業化開發以來，企業在產業鏈布局上始終保持全球領先，率先建設中等尺寸組件研發線、10GW 研發線、百兆瓦研發線及第一條 GW 級鈣鈦礦晶硅疊層組件生產線，奠定了 “涂布 + 結晶 + 真空鍍膜” 的設備 / 工藝技術框架。在技術成果上，協鑫光電成績亮眼。全球首個 2 平方鈣鈦礦單結組件效率突破 16%，目前已實現 19% 的效率，計劃今年將效率提升至 20% 以上（當前為測試效率）；疊層組件方面，基于 19% 以上效率的大面積鈣鈦礦，成功研發出 26% 效率的鈣鈦礦晶硅疊層組件，去年上半年在 0.2 平方米小尺寸組件上實現近 30% 的效率。穩定性認證上，協鑫光電依托萊茵蘇州認證基地，積極開展組件測試。去年，其組件基于 IEC61215 認證標準通過相關測試并獲證書；今年，進一步將濕熱、高低溫循環等關鍵指標測試時間延長 3 倍，仍順利通過測試并拿到證書，疊層組件預計今年下半年獲得全類認證報告。示范項目建設方面，協鑫光電在前年基于 2 平方組件建成首個兆瓦級示范電站，近兩年又推廣了多個兆瓦級示范項目，同時與多家發電集團達成疊層組件戰略合作，推進更多兆瓦級示范項目落地。
目前，協鑫光電位于礦山的 GW 級疊層組件基地已投入建設，占地 60 多畝。在生產工藝上，企業早在 2016 年就確定了典型薄膜電池的多層級結構，2017 年推出相關產品，經過多年優化，通過篩選鈣鈦礦材料、優化鈣鈦礦層上下結構及品相鈍化等技術改進，不斷提升組件效率與穩定性。未來一兩年，企業主力產品將包括鈣鈦礦半透明組件、全黑組件及鈣鈦礦晶硅高效疊層組件，且疊層組件生產工藝可完全兼容現有傳統晶硅組件廠生產線。憑借在鈣鈦礦領域的良好發展前景，協鑫光電獲得了眾多投資機構的支持，既有寧德時代、騰訊、紅杉等一線投資機構，也有實力雄厚的國資背景基金。對于未來規劃，田清勇透露，企業今年將全力推進 1GW 鈣鈦礦晶硅疊層組件生產基地建設，目標組件效能提升至 27% 以上；未來 3 到 5 年，計劃將生產能力拓展至 5 到 10GW，力爭實現成本與晶硅組件具備競爭力的目標，為推動光伏產業高質量發展注入新動能。
來源 | CNECC
編輯 | 中華新能源
