從2012年美國對中國光伏發動“雙反”反制以來,中國同歐美光伏大戰已經過去10年,歐美傳統光伏巨頭在這場沒有硝煙的戰爭中相繼被打敗,最終是以中國光伏壟斷全球66%、歐洲51%、美國86%市場份額告終。
不過即使中國光伏大獲全勝,也逃不過西方圍剿的命運,他們率先開發了一種“鈣鈦礦太陽能電池”,意圖再次狙擊中國在硅電池上的地位,中國這次會被彎道超車嗎?
光伏領域的鈣鈦礦其實并不是什么礦產,因為跟鈣鈦礦晶體結構類似,所以用了這么一個命名。
技術路線上,將光轉化為電的太陽能電池已經發展到了第三代,第一代是單晶硅、多晶硅電池。
2008年金融危機爆發以前,中國光伏就已經打入歐洲市場,但那時光伏原材料多晶硅的制備技術被西方牢牢掌握,于是他們聯手開始了第一次狙擊中國光伏,2005年至2008年這三年,歐美企業將多晶硅價格從每公斤40美元直接暴漲至500美元。
在此情形下,國內光伏企業倒下一大片,于是國內開始大力補貼多晶硅企業,從生產設備到制造工藝,一下子就打通了全產業鏈,2011年后國內企業成功將多晶硅生產成本降低至了每公斤150元,有些企業甚至低于120元。
2012年美國和歐洲幾乎同一時間發動對中國光伏雙反反制,開始了第二次狙擊中國光伏,像美國強制征收高達15.97%的反補貼稅、249.96%的巨額反傾銷稅,但中國通過補貼救市、西部戈壁光電大開發、整合國內光伏全產業鏈反而繼續做大做強,迫使歐洲在2018年取消了雙反,美國也將雙反稅降低至了4%。
此時中國光伏開始從量轉質,光伏最開始能大規模產業化,靠的是多晶硅簡單的制備工藝、便宜的生產設備和龐大的產能,但轉換效率和發電潛力是低于單晶硅的,只是依靠性價比取勝。
2015年后中國開始實行“領跑者”計劃,規定多晶硅電池光電轉化效率必須達到16.5%,單晶硅要達到17%,要知道硅電池在五年內才能提高可憐的0.1%,單晶硅就可以輕松達到這個目標。
而隨著金剛線切割技術的突破,單晶硅制備技術開始成熟,于是單晶硅光伏電池的市場份額直接從2016年的10%,一路殺到了如今的90%以上。
截至2021年,第一代光伏電池仍有著96.2%的市場占有率,剩下的3.8%留給了第二代光伏電池——薄膜電池。
因為薄膜電池成本低、在陰天也能發電,所以跟硅基電池形成了互補,但是呢薄膜電池有個致命缺陷,那就是光電轉換效率很低,所以市場上沒有被大范圍應用。
不管是第一代還是第二代光伏電池,基本是中國說了算,而且硅基電池轉化效率的理論極限,也只能做到29.4%,所以國外以日本為代表率先搞起了第三代光伏電池。
鈣鈦礦電池最早是由日本人發明的,當時的光電轉換效率僅有2%到3%,甚至連第二代薄膜材料都不如。
但是呢,截至2021年年底,僅僅10年時間,鈣鈦礦電池的轉換效率就達到了25.7%,而相同的進程硅基電池花了四五十年,更重要的是鈣鈦礦電池的理論極限可以達到33%左右,遠高于硅電池的29.4%,要知道效率每提高1%,發電增益將是巨額的提升,這樣吸引著許多西方國家擠進這條賽道。
在這領域日本早就提前開始布局了,它們的材料技術很發達,日本國內搞鈣鈦礦的企業是東芝和積水化學工業,這兩家公司都計劃在2025年后量產鈣鈦礦電池。
像東芝已經在2021年推出了一款大面積聚合物薄膜鈣鈦礦太陽能模塊,他們稱這是至今為止最高效率的大面積模塊,實際上也僅有15.1%。而積水化學則是攻克了鈣鈦礦薄膜封閉處理技術,提高了耐用性。
不同于日本著急搞能直接投入應用的大面積模塊,歐美那邊企業搞鈣鈦礦則是為了先提高效率,像英國牛津光伏太陽能公司直接將鈣鈦礦材料涂在硅電池表面,轉換效率直接提高1/3。
美國鈣鈦礦公司nTact也是搞這種涂層,這種電池也叫鈣鈦礦疊層電池。而且美國能源部先是投入2000萬美元研發鈣鈦礦光伏,拜登還再次追加5600萬美元用于研發,意圖替代晶硅太陽能技術。
這些全球頂尖科研機構和跨國企業已經在鈣鈦礦電池上提前布局,投入了大量人力物力,中國光伏目前在硅基電池上是說一不二的,歐美就是想制裁也無能為力,但第三代光伏電池鈣鈦礦電池的出現會不會改變這一局面呢?如果西方國家用豪賭鈣鈦礦電池,用來狙擊中國光伏,我們該怎么辦呢?
其實嚴格來說,凡是新材料光伏電池都可以稱第三代光伏電池,鈣鈦礦電池牛就牛在轉化效率高,但是呢,這種材料還會在實驗室停留很長一段時間,想要投入大規模應用還很難,而且用鈣鈦礦做光伏器件有著非常致命的缺陷。
你能聽到鈣鈦礦電池各類效率提高的消息,基本都是實驗室中搞的,而實驗室中呢,用的都是大拇指指甲蓋那么大的電池,上文提到日本東芝公司開發出了大面積鈣鈦礦電池,但效率又不達標。
這還沒完,鈣鈦礦電池的穩定性還比較差,在強光照射和潮濕環境下很容易分解,所以電池壽命肯定不太長,傳統的晶硅太陽能電池壽命一般有20年以上,但國內外現在搞的鈣鈦礦電池一般只能穩定運行幾千個小時,差距不是一般的大。
最后一點就是效率上,硅基電池即使用上個三四十年還能保持80%的轉換效率,但鈣鈦礦電池用幾個月后就失去10%的效率,你說這還怎么玩兒?
話說回來,中國在鈣鈦礦方面的研究也沒落著,2022年光伏巨頭隆基將硅基電池的轉化效率一舉推進到了26.81%,全球領先,打破了2017年日本創造的世界紀錄26.7%,同時隆基也在布局鈣鈦礦的研發,已經擁有相關專利20多項。
在2022年年底,仁爍光能已經將全鈣鈦礦疊層電池的效率做到了29%,超過了在六月創造的28%的世界紀錄,而且還獲得日本JET的第三方認證。
畢竟國內在光伏鈣鈦礦電池方面還是比較高瞻遠矚的,即使拿到國際上比也是處于領先地位。
不像以前在晶硅電池領域,中國光伏企業是跟在歐美屁股后面學習技術,這次鈣鈦礦技術的全體跟進,是中國光伏企業第一次從材料、設備道工藝上完全自主研發的新路線。