資本青睞鈣鈦礦

2021年10月13日，極電光能首次融資發布會在江蘇無錫舉行。此次融資由碧桂園創投、九智資本聯合領投，建銀國際、云林基金跟投，控股股東穩晟科技追加投資，共募集資金2.2億人民幣，主要用于新技術研發和試制線建設。

在本次融資發布會上，極電光能與錫山經濟技術開發區簽署了戰略合作協議，攜手共建落戶于錫山經濟技術開發區的150MW試制線項目，并預計于明年中期建成投產，將陸續推出鈣鈦礦發電石材、光伏幕墻玻璃及鈣鈦礦發光量子點產品。

鈣鈦礦產品吸引資本關注，這并不是第一次。早在2019年4月26日，長江三峽集團旗下的三峽資本，就曾經以戰略投資者的身份，注資纖納光電，投資金額5000萬人民幣。2021年1月，纖納光電宣布，該公司完成C輪融資，共計3.6億元，仍由三峽資本領投，京能集團、衢州金控、三峽招銀等資方跟投；就在三峽集團戰略投資鈣鈦礦的前一個月，風電巨頭金風科技也宣布，以戰略投資者的身份，領投英國鈣鈦礦太陽能發電公司牛津光伏有限公司D輪融資，投資金額2100萬英鎊。

時間進入到2021年，資本進駐鈣鈦礦的步伐仍未停止，在極電光能融資成功之前的8月2日，另一家鈣鈦礦光伏企業曜能科技宣布，獲高瓴氣候變化投資團隊數千萬元的A輪融資已經到賬。

又愛又恨鈣鈦礦

一起起成功的融資案例，讓人不僅好奇：鈣鈦礦究竟有何魅力，能夠被資本市場如此偏愛？

所謂鈣鈦礦，1839年第一次被發現時，是一種天然礦物鈦酸鈣（CaTiO3）。此后若干年，科學家們經年累月的研究發現，這種富含鈣鈦礦的晶體材料，由于ABX3的特殊結構，使它在高溫催化及光催化方面具有潛在的應用前景，不但可以制成發光二極管、催化劑，甚至可以制成未來量子計算機的元件，而鈣鈦礦的概念，也有了延展，不再特指鈣鈦復合氧化物，而用來泛指一系列具有化學式的化合物。

鈣鈦礦材料第一次被應用在太陽能發電領域，是在2009年。盡管當時的發電效率只有3.8%，但是研究人員很快意識到，由鈣鈦礦材料制作的電池對光的吸收能力是傳統太陽能電池材料的100倍，也就是鈣鈦礦電池只需使用1/100的厚度，即可產生相同的能量輸出，相應減少了所需材料數量，而且產生的電壓更高，還能增加能量產出。來自科研界的結論顯示，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的效率上限更高，設計出的電池效率理論上可以達到33%的效率極限，而由鈣鈦礦電池和晶體硅組成的的疊層電池理論轉換率極限更是高達43%。

此外，由于鈣鈦礦材料對雜質不敏感，通常90%左右純度的鈣鈦礦材料就可以用于制造效率達到20%以上的太陽能電池；作為對比，晶硅材料則對雜質非常敏感，純度必須達到99.9999%以上才能用于制造太陽能電池。

這種不同材料體系的成本，體現在數據上的表現為：晶硅太陽能電池每平方米造價為500—700元，薄膜太陽能電池每平方米造價1300—1400元，鈣鈦礦太陽能電池每平米預計成本將低至100元。

盡管理論上鈣鈦礦電池的發電效率上限更高、工藝更簡單、但是走出實驗室的鈣鈦礦電池還需要面對更多的挑戰。不穩定、有毒和面積小，便是其不得不面對的“三座大山”。

由于離子組成的鈣鈦礦半導體天生結構“柔弱”，工作條件下受光照、電場、溫度、水氧等作用的影響會產生結構缺陷，導致半導體材料發生結構改變甚至分解；分解逃逸出來的離子還會進入到電荷傳輸層或者電極層，進一步破壞光電轉換功能，造成整體器件效率的顯著降低。

具有“太陽能之父”之稱的馬丁·格林教授就指出：“在接受光照的前八個月，最優質的鈣鈦礦能夠保留它97%的性能，而標準硅電池在第一年的衰退率是低于2%～3%的，在隨后25～30年的時間中，標準硅電池每年的衰退率不超過0.5%。相比目前標準的，市場上商業化的光伏產品來講，鈣鈦礦穩定性不足是比較大的問題。”

穩定性之外，大多數鈣鈦礦電池中含有有毒物質鉛，鉛是一種有毒金屬。研究人員嘗試過使用替代品，如錫，不過電池性能下降。

除了穩定性和毒性這些材料本身的問題，當科學家在實驗室中使用微小電池時，使用TCO薄膜收集電流時，可以通過大量光線，具有微小電阻；在較大的面積上使用電池時，電阻率明顯提高，發電效率下降。例如，在松下公司，研究人員發現一塊6.25平方厘米的鈣鈦礦電池，效率為20.6%。但當35個電池片組合成412平方厘米的組件時，效率降至12.6%。

前途無量鈣鈦礦

面對“三座大山”的阻擋，一些試圖將鈣鈦礦電池市場化的公司選擇了退出。比如曾經是鈣鈦礦太陽能專利第三大持有者的跨國公司富士膠片；比如澳大利亞的鈣鈦礦開發商GreatCell Solar。

有退出者就有新進入者。2009—2021年的十余年里，英國牛津大學，瑞士洛桑聯邦理工學院，中國科學院、南方科大等眾多全球頂尖科研機構和日本松下、夏普、東芝，中國的纖納光電、協鑫納米、極電光能、曜能科技、通威等國內外企業，都投入了大量人力物力，致力于實現鈣鈦礦太陽能電池的量產。在眾多研發機構和企業的艱難公關下，困擾鈣鈦礦電池的“三座大山”正在被一座座攻克。

在轉換效率方面，成立于2015年的杭州纖納光電，在公司成立一年半后，就將鈣鈦礦光伏小組件(超過16cm )效率提升至15.24%，經NREL認證，刷新了此前該領域12.1%的世界紀錄。此后，又分別在2017年5月、2017年12月、2018年7月和2020年四次刷新了該記錄。

2021年5月，纖納光電再次傳來最新消息，其第三代鈣鈦礦薄膜光伏技術再獲突破，在20 cm²的組件上實現了20.2%的穩態光電轉換效率。該結果由國際認可的第三方計量科學研究院獨立認證。20.2%穩態轉換效率是目前鈣鈦礦小組件的世界最高效率，也是其第六次刷新鈣鈦礦組件效率的世界紀錄。

在更大面積的鈣鈦礦組件方面，2021年4月2日，無錫極電光能科技有限公司對外宣布，經全球權威測試機構JET（日本電氣安全環境研究所）嚴格檢測，在63.98cm⊃2的鈣鈦礦光伏組件上，實現了20.5%的光電轉換效率。該效率是目前全球范圍內大面積鈣鈦礦組件效率的創新紀錄，已經與當前主流晶硅產品效率相當。

在穩定性方面，目前鈣鈦礦電池主要遵循由瑞士日內瓦國際電工委員會(IEC)制定的硅太陽能電池板認證標準。該標準稱為IEC 61215，涉及性能測試、環境箱老化測試、電器安規測試、機械應力測試、戶外測試等多種。

2021年初，纖納的鈣鈦礦組件再次通過了紫外、濕熱和光衰三項核心耐老化加嚴測試。其中，紫外耐老化測試的總量為100 kWh，等同于IEC61215標準的6.5倍；濕熱耐老化測試3000 h，等同于IEC61215標準的3倍。兩項測試組件功率衰減均小于5%。在為鈣鈦礦組件量身定制的更嚴苛的加熱光衰老化測試中，在70 ℃ 老化溫度以及一個標準太陽光1000 h持續照射后，組件功率基本維持在初始值。上述兩項認證結果代表著，纖納光電的鈣鈦礦組件穩定性與其他已經商業化的技術基本相當，甚至遠遠超過了先前的穩定性預期。

至于有毒性方面，2019年成立鈣鈦礦團隊的通威集團表示，將采用高效硅基底電池和低成本和無毒穩定鈣鈦礦材料疊加的大尺寸技術路線。按照通威的規劃，在未來3-5年內，將進行疊層鈣鈦礦電池的中試化量產實驗，并與主流設備企業合作開發可大規模化的疊層鈣鈦礦電池的制備技術，并評估進行疊層鈣鈦礦電池的可穩定規模化制造性和產品長期穩定性等問題，在5-10年內進行鈣鈦礦疊層電池的大規模量產，其低成本的鈣鈦礦材料也可達到與晶硅電池相聘美的穩定性水平。

除了采用無毒材料，Oxford PV的串聯電池生命周期分析也表明，少量鉛泄漏對環境毒性沒有太大影響。

解決了技術上的難題，再輔之于“碳中和”的大環境，擁有鈣鈦礦電池新技術研發優勢的企業，會受到資本市場的青睞，也就并不意外了。

就像作為三峽集團戰略投資鈣鈦礦的重要參與者，三峽建信（北京）投資基金管理有限公司副總裁余操所說，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的天花板顯然更高，而且效率提升非常快。不同技術類型電池技術除了一些特殊應用場景外，比如BIPV，最終比拼的是LCOE（平準化度電成本），從目前各類技術發展來看，鈣鈦礦技術的LCOE將可能成為最低的。一些高效晶硅技術，如HIT，雖然功率高，但系統造價也高，因此在LCOE這個最關鍵的指標上可能將逐漸被鈣鈦礦技術所超越。