范斌：鈣鈦礦光伏全面鋪開應用還要過一道坎
9月9日，2024浦江創新論壇——綠色低碳創新論壇在上海市虹口區舉行。作為論壇嘉賓，國際知名鈣鈦礦技術領跑企業、昆山協鑫光電材料有限公司董事長范斌博士作“鈣鈦礦疊層組件產業化進展報告”主題分享，并接受了澎湃科技的專訪。
一束光照過來，它就能發電。鈣鈦礦是像晶體硅一樣能夠進行光電轉換的材料，可以被用于光伏發電。不同的是，鈣鈦礦的光電轉換等性能更佳。
“也許十年、二十年之后會有別的選擇，但目前，有且僅有鈣鈦礦這一個材料可以實現（光電轉換）效率的突破。” “其實光伏企業就像100年前的石油公司一樣。”范斌說，這是一個巨大的市場，“光伏發電占國內發電量的占比，在我們剛入行的時候只有0.1%，幾年過去，目前已經達到4%。我相信，將來可以占到70%以上。”
范斌表示，除了進一步提高鈣鈦礦光伏組件的光電轉換效率和產品質量，目前他還想做的是，建盡可能多的示范電站，然后運行足夠長的時間。他認為，只有這樣，才能夠讓所有的用戶相信鈣鈦礦可以跟晶體硅一樣穩定、可靠。“畢竟實驗室的模擬，不可能代表現實中的所有工況。”而建設和運行更多的示范電站，就需要相關政策的鼓勵和政府相關部門的支持。
昆山協鑫光電材料有限公司成立于2019年，主要從事大面積鈣鈦礦光伏組件的研究、開發及量產，由協鑫、騰訊、淡馬錫、紅杉、IDG等共同投資。
非鈣鈦礦不可？ 別無選擇！
范斌表示，鈣鈦礦材料最大的價值在于光電轉換效率高，“不是說‘一騎絕塵’，而是唯一的選擇。”“目前，有且僅有鈣鈦礦這一個材料可以實現（光電轉換）效率的突破。”“遠遠高于大自然光合作用的轉換效率。”
范斌表示，目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池的光電轉換效率已經可以做到接近35%，而小麥田間光合作用的轉換效率大約1%到2%；效率最高的是甘蔗，大約5%到6%。
鈣鈦礦既不是鈣，也不是鈦。它原本是一種由無機物鈦酸鈣組成的天然礦物的名字，目前被用作一類材料的統稱。人們目前還在不斷研發、合成新“配方”的鈣鈦礦材料。雖然它們的成分已不是鈦酸鈣，但它們都跟鈦酸鈣擁有相同的晶體結構。
1839年，柏林大學礦物學家古斯塔夫斯·羅斯（Gustavus Rose）在歐亞兩洲的分界線烏拉爾山脈發現了天然的鈣鈦礦。
2024年SNEC上海光伏展協鑫光電展示的三塊大尺寸鈣鈦礦組件產品，從左至右依次為鈣鈦礦BIPV組件、鈣鈦礦晶硅疊層組件（效率26.36%@1.71 平米）、鈣鈦礦單結組件（效率19.04%@2平米）。
據科技日報報道，鈣鈦礦是具備相同晶體結構的一類“陶瓷氧化物”的統稱，分子式為ABX3。南開大學電子信息與光學工程學院教授羅景山介紹，根據材料的元素組成，可以將鈣鈦礦大致分為三類：復合金屬氧化物鈣鈦礦、有機雜化鈣鈦礦、無機鹵素鈣鈦礦。現在用于光伏的鈣鈦礦通常是后兩種。
晶體硅和鈣鈦礦都能用作光伏材料，實現光電轉換。
范斌介紹，“2016年的時候，晶體硅在實驗室內的光電效率是26.8%，到今年它的實驗室轉換效率是27.3%。這么多年過去，平均每年提升不到0.1%，基本上到頭了。”
“量產晶體硅的光電轉換效率大概在22%到23%之間，而且明顯上不去了，而我們量產鈣鈦礦的轉換效率可以做到26%到27%。如果跟晶體硅疊在一起，做成雙結的電池，我們相信可以實現35%以上的光電轉換效率。”
協鑫光電是全球最早涉足鈣鈦礦領域的企業之一。
范斌表示，“在鈣鈦礦產業領域，協鑫光電目前是公認的全世界做得最好的企業，是第一梯隊，有且僅有我們一家。”“從2013年就開始深耕大尺寸鈣鈦礦組件技術，在積累了十多年后，除了100兆瓦的產線投產，公司首條吉瓦級鈣鈦礦商用組件項目將于2024年底竣工。”“100兆瓦是指產線一年能夠生產合計100兆瓦的光伏組件。”
最大的挑戰
范斌介紹，晶體硅是從砂石等材料中提純獲得的材料，結構簡單而穩定，而鈣鈦礦材料是人為設計、人工合成的晶體，包括成千上萬種材料，“復雜而敏感”。
但范斌不認為“鈣鈦礦材料復雜而敏感”是一個很大問題。他舉例說，鉛酸電池很穩定，也很耐用，可以連續使用幾年，但鋰電逐漸被替代了。雖然鋰電在碰撞中會起火、燃燒甚至爆炸。鋰電的能量密度高，風險隨之上升。用鋰電，就必須要接受它的風險。鈣鈦礦材料復雜而敏感，需要更高水平的技術才能駕馭。
鈣鈦礦與晶硅電池疊層后，可以有效吸收不同波長的光，提升整體光電轉換效率。
雖然目前鈣鈦礦材料還存在轉換效率需要進一步提高、穩定性有待進一步提升等問題，但范斌認為，鈣鈦礦產業化最大的挑戰是，沒人做過這件事，“這個產業以前不存在” 。
他解釋說，晶體硅相關的光伏技術大都是從國外引進，并進一步開發的，而鈣鈦礦在實驗室里被用于太陽能電池是2009年。僅僅花了15年時間，人們就把一個實驗室里的東西，逐漸地做到產線上能夠使用、生產，然后開始有一些早期的商業應用，這完全是從無到有。
“大規模鋪開、應用，還需要過一關，就是大家相信它可以用”，范斌說，所以需要建足夠多的示范電站，運行足夠長的時間，讓更多人看到并產生信任。“我們現在的100兆瓦生產線是2021年跑通的，然后2021年就開始逐漸做示范驗證，2023年我們去青海開始建示范電站。”
范斌表示，雖然現在光伏發電的成本已經比火電便宜大概20%，然而光伏發電有一個顯著的問題，就是只能白天太陽出來的時候發電，陰雨天或晚上沒辦法發電。所以，光伏發電要想替代火電，需要搭配儲能，把白天發的電“儲存”起來。但這樣的成本會不會比火電的成本更高？解決的辦法是，進一步降低光伏的成本，進一步降低儲能的成本。這就要求進一步提高光伏材料的光電轉換效率。未來的鈣鈦礦光伏組件可以部署到海上，部署到沙漠里，也可以分布式地部署在屋頂上，或玻璃幕墻里。
作者： 來源：澎拜新聞 責任編輯：jianping
一束光照過來，它就能發電。鈣鈦礦是像晶體硅一樣能夠進行光電轉換的材料，可以被用于光伏發電。不同的是，鈣鈦礦的光電轉換等性能更佳。
“也許十年、二十年之后會有別的選擇，但目前，有且僅有鈣鈦礦這一個材料可以實現（光電轉換）效率的突破。” “其實光伏企業就像100年前的石油公司一樣。”范斌說，這是一個巨大的市場，“光伏發電占國內發電量的占比，在我們剛入行的時候只有0.1%，幾年過去，目前已經達到4%。我相信，將來可以占到70%以上。”
范斌表示，除了進一步提高鈣鈦礦光伏組件的光電轉換效率和產品質量，目前他還想做的是，建盡可能多的示范電站，然后運行足夠長的時間。他認為，只有這樣，才能夠讓所有的用戶相信鈣鈦礦可以跟晶體硅一樣穩定、可靠。“畢竟實驗室的模擬，不可能代表現實中的所有工況。”而建設和運行更多的示范電站，就需要相關政策的鼓勵和政府相關部門的支持。
昆山協鑫光電材料有限公司成立于2019年，主要從事大面積鈣鈦礦光伏組件的研究、開發及量產，由協鑫、騰訊、淡馬錫、紅杉、IDG等共同投資。
非鈣鈦礦不可？ 別無選擇！
范斌表示，鈣鈦礦材料最大的價值在于光電轉換效率高，“不是說‘一騎絕塵’，而是唯一的選擇。”“目前，有且僅有鈣鈦礦這一個材料可以實現（光電轉換）效率的突破。”“遠遠高于大自然光合作用的轉換效率。”
范斌表示，目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池的光電轉換效率已經可以做到接近35%，而小麥田間光合作用的轉換效率大約1%到2%；效率最高的是甘蔗，大約5%到6%。
鈣鈦礦既不是鈣，也不是鈦。它原本是一種由無機物鈦酸鈣組成的天然礦物的名字，目前被用作一類材料的統稱。人們目前還在不斷研發、合成新“配方”的鈣鈦礦材料。雖然它們的成分已不是鈦酸鈣，但它們都跟鈦酸鈣擁有相同的晶體結構。
1839年，柏林大學礦物學家古斯塔夫斯·羅斯（Gustavus Rose）在歐亞兩洲的分界線烏拉爾山脈發現了天然的鈣鈦礦。
2024年SNEC上海光伏展協鑫光電展示的三塊大尺寸鈣鈦礦組件產品，從左至右依次為鈣鈦礦BIPV組件、鈣鈦礦晶硅疊層組件（效率26.36%@1.71 平米）、鈣鈦礦單結組件（效率19.04%@2平米）。
據科技日報報道，鈣鈦礦是具備相同晶體結構的一類“陶瓷氧化物”的統稱，分子式為ABX3。南開大學電子信息與光學工程學院教授羅景山介紹，根據材料的元素組成，可以將鈣鈦礦大致分為三類：復合金屬氧化物鈣鈦礦、有機雜化鈣鈦礦、無機鹵素鈣鈦礦。現在用于光伏的鈣鈦礦通常是后兩種。
晶體硅和鈣鈦礦都能用作光伏材料，實現光電轉換。
范斌介紹，“2016年的時候，晶體硅在實驗室內的光電效率是26.8%，到今年它的實驗室轉換效率是27.3%。這么多年過去，平均每年提升不到0.1%，基本上到頭了。”
“量產晶體硅的光電轉換效率大概在22%到23%之間，而且明顯上不去了，而我們量產鈣鈦礦的轉換效率可以做到26%到27%。如果跟晶體硅疊在一起，做成雙結的電池，我們相信可以實現35%以上的光電轉換效率。”
協鑫光電是全球最早涉足鈣鈦礦領域的企業之一。
范斌表示，“在鈣鈦礦產業領域，協鑫光電目前是公認的全世界做得最好的企業，是第一梯隊，有且僅有我們一家。”“從2013年就開始深耕大尺寸鈣鈦礦組件技術，在積累了十多年后，除了100兆瓦的產線投產，公司首條吉瓦級鈣鈦礦商用組件項目將于2024年底竣工。”“100兆瓦是指產線一年能夠生產合計100兆瓦的光伏組件。”
最大的挑戰
范斌介紹，晶體硅是從砂石等材料中提純獲得的材料，結構簡單而穩定，而鈣鈦礦材料是人為設計、人工合成的晶體，包括成千上萬種材料，“復雜而敏感”。
但范斌不認為“鈣鈦礦材料復雜而敏感”是一個很大問題。他舉例說，鉛酸電池很穩定，也很耐用，可以連續使用幾年，但鋰電逐漸被替代了。雖然鋰電在碰撞中會起火、燃燒甚至爆炸。鋰電的能量密度高，風險隨之上升。用鋰電，就必須要接受它的風險。鈣鈦礦材料復雜而敏感，需要更高水平的技術才能駕馭。
鈣鈦礦與晶硅電池疊層后，可以有效吸收不同波長的光，提升整體光電轉換效率。
雖然目前鈣鈦礦材料還存在轉換效率需要進一步提高、穩定性有待進一步提升等問題，但范斌認為，鈣鈦礦產業化最大的挑戰是，沒人做過這件事，“這個產業以前不存在” 。
他解釋說，晶體硅相關的光伏技術大都是從國外引進，并進一步開發的，而鈣鈦礦在實驗室里被用于太陽能電池是2009年。僅僅花了15年時間，人們就把一個實驗室里的東西，逐漸地做到產線上能夠使用、生產，然后開始有一些早期的商業應用，這完全是從無到有。
“大規模鋪開、應用，還需要過一關，就是大家相信它可以用”，范斌說，所以需要建足夠多的示范電站，運行足夠長的時間，讓更多人看到并產生信任。“我們現在的100兆瓦生產線是2021年跑通的，然后2021年就開始逐漸做示范驗證，2023年我們去青海開始建示范電站。”
范斌表示，雖然現在光伏發電的成本已經比火電便宜大概20%，然而光伏發電有一個顯著的問題，就是只能白天太陽出來的時候發電，陰雨天或晚上沒辦法發電。所以，光伏發電要想替代火電，需要搭配儲能，把白天發的電“儲存”起來。但這樣的成本會不會比火電的成本更高？解決的辦法是，進一步降低光伏的成本，進一步降低儲能的成本。這就要求進一步提高光伏材料的光電轉換效率。未來的鈣鈦礦光伏組件可以部署到海上，部署到沙漠里，也可以分布式地部署在屋頂上，或玻璃幕墻里。
作者： 來源：澎拜新聞 責任編輯：jianping
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