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　　由于老鄉的關(guān)系，魏建軍對于光伏的了解非常早，也很感興趣，除了看到新能源的市場(chǎng)機遇之外，魏建軍更看重長(cháng)城在邁向綠色轉型時(shí)的生態(tài)閉環(huán)。在投資鋰電池企業(yè)蜂巢能源和氫能企業(yè)未勢能源之后，長(cháng)城汽車(chē)已經(jīng)形成了新能源汽車(chē)、鋰電、氫能的綠色用能體系，但魏建軍覺(jué)得還不夠，沒(méi)有綠色電力，這個(gè)生態(tài)體系是不完整的。
 

 

　　2017年底，看到光伏行業(yè)已逐步走向平價(jià)，魏建軍找到于振瑞，希望找到一個(gè)好的光伏項目作為長(cháng)城汽車(chē)邁進(jìn)綠色電力的切入點(diǎn)。

 

　　接到任務(wù)后，于振瑞帶隊對光伏的技術(shù)做了全面的梳理。彼時(shí)已是他接觸光伏行業(yè)的第32個(gè)年頭，1985年于振瑞的本科畢業(yè)論文就是非晶硅薄膜電池的相關(guān)研究，在南開(kāi)完成本碩博連讀后，先后于新奧和中興能源任職，參與了國內第一個(gè)薄膜太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化項目，也有多年的晶硅研發(fā)經(jīng)驗和光伏電站設計經(jīng)驗。

 

　　“這也是我們的優(yōu)勢。”于振瑞笑著(zhù)說(shuō)，“我們比絕大多數搞鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的公司更懂光伏，知道一項新技術(shù)從實(shí)驗室邁向產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題和解決方案，更知道行業(yè)需要什么。”

 

　　此時(shí)晶硅電池技術(shù)領(lǐng)域，PERC開(kāi)始發(fā)力并已有內卷趨勢，HJT、TopCON和IBC技術(shù)仍然前景不明，于振瑞認為作為后進(jìn)者的長(cháng)城在晶硅技術(shù)體系中很難有太大發(fā)展空間。

 

　　“晶硅雖然一直占據光伏市場(chǎng)超過(guò)95%的市場(chǎng)份額。但經(jīng)過(guò)70年的研發(fā)，20多年商業(yè)化生產(chǎn)，無(wú)論是效率還是成本，都已經(jīng)快接近天花板。”于振瑞稱(chēng)這也是醞釀下一代技術(shù)的最佳時(shí)機，“要實(shí)現雙碳目標，承載全球電力清潔化的任務(wù)，總是需要有更大潛力的新技術(shù)接力的。”

 

　　而在回顧多年的晶硅和薄膜電池的發(fā)展歷程時(shí)，于振瑞覺(jué)得，上述兩種光伏技術(shù)在某種程度上陷入了“瓶頸”。“晶硅光伏技術(shù)的制造工藝很多傳承自半導體工藝，奠定基礎的同時(shí)，也讓工藝和成本受到了限制;而且由于制造工藝源自于傳統的半導體技術(shù)，所以技術(shù)同質(zhì)化嚴重，行業(yè)內卷達到白熱化程度。”或許，突破性的下一代技術(shù)，應該是去半導體化的獨立工藝和材料體系。

 

　　最終，于振瑞將目光瞄向了鈣鈦礦，被學(xué)界認為是“唯一具備商業(yè)化前景的新興光伏技術(shù)”。他說(shuō)服中科院材料學(xué)博士邵君與澳洲回國博士鄭策，組建了極電光能早期的核心技術(shù)團隊。其中，邵君擁有15年鈣鈦礦光伏電池和染料敏化電池的研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，鄭策則有在全球第一家鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化公司Greatcell Solar從事鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)的經(jīng)驗。2020年，另一位薄膜電池領(lǐng)域的工藝和裝備大牛、美國歸國博士王雪戈加入團隊。自此，一支由資深鈣鈦礦研發(fā)人員和經(jīng)驗豐富的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)人員組成的鈣鈦礦創(chuàng )業(yè)團隊正式亮相。

 

　　他們目標只有一個(gè)：研發(fā)適合大尺寸量產(chǎn)的鈣鈦礦光伏技術(shù)。

 

 

　　鈣鈦礦近年來(lái)一直非常熱門(mén)，全球多家研究機構和高校都在尋求鈣鈦礦的突破。除了看好新能源這個(gè)賽道之外，鈣鈦礦的研發(fā)熱潮背后有其五大優(yōu)勢：

 

　　01

 

　　晶硅電池理論上的效率極限是29.4%，現實(shí)條件可實(shí)現的工程極限效率是27.1%;量產(chǎn)電池方面，根據中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì )(CPIA)預測，到2030年，常規PERC晶硅電池效率24.1%，HJT電池效率26%，TOPCon電池效率25.6%，IBC電池效率26.2%，逼近工程極限，而鈣鈦礦單結電池理論極限33%。同時(shí)，鈣鈦礦電池的結構特性使其對雜質(zhì)和缺陷的容忍度非常高，因此實(shí)際生產(chǎn)更容易逼近理論極限。
 

 

　　02

 

　　鈣鈦礦太陽(yáng)電池材料用量小、制程短、對材料純度的要求低、生產(chǎn)過(guò)程能耗低、產(chǎn)業(yè)鏈短，是一種“天然的低成本”的光伏技術(shù)，鈣鈦礦組件的單瓦成本可以做到6毛錢(qián)以下。

 

　　于振瑞指出，晶硅技術(shù)經(jīng)歷了近70年的發(fā)展效率才達到26.7%、經(jīng)過(guò)了40多年實(shí)驗室研發(fā)才開(kāi)始進(jìn)入大規模產(chǎn)業(yè)化。而鈣鈦礦自2009年誕生，只用了12年就步入產(chǎn)業(yè)化時(shí)代，且效率屢創(chuàng )新高，已經(jīng)達到25.7%，逼近晶硅電池的最高效率。當前關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池的研究仍然異?；钴S，重大發(fā)現屢見(jiàn)Nature、Science等最高學(xué)術(shù)刊物的報道，還有巨大的技術(shù)潛力可挖;

 

　　04

 

　　鈣鈦礦工藝流程非常短，在FTO導電玻璃的基礎上，只需要四道主要的鍍膜工藝就可完成電池的制備。從初始原材料到成品光伏組件，全流程可以在一個(gè)工廠(chǎng)完成。鈣鈦礦生產(chǎn)所需原材料沒(méi)有貴重材料，且供應穩定，不會(huì )發(fā)生上游原材料供應短缺和漲價(jià)的制約。透明導電玻璃是成熟的技術(shù)，只要有需求，產(chǎn)能可迅速擴大，價(jià)格也會(huì )快速降低。鈣鈦礦光伏的產(chǎn)業(yè)鏈很容易搭建起來(lái)，因此，只要技術(shù)一旦成熟，快速大規模產(chǎn)業(yè)化很容易實(shí)現。

 

　　05

 

　　鈣鈦礦外觀(guān)漂亮、弱光發(fā)電性能好、可以制備在柔性基底上，因此產(chǎn)品形態(tài)和外觀(guān)可以多樣化，不但可以像晶硅光伏組件一樣用于各類(lèi)大型光伏電站，還可以應用于BIPV光電建筑、太陽(yáng)能汽車(chē)、景觀(guān)光伏、便攜電源、傳感器電源等各類(lèi)“光伏+”場(chǎng)景，應用范圍更廣。

 

　　此外，鈣鈦礦是被光伏各界極罕見(jiàn)所共同接受的未來(lái)技術(shù)，幾乎所有的光伏企業(yè)都認為鈣鈦礦是光伏產(chǎn)業(yè)的未來(lái)，只是在做單結結構還是疊層結構上存在不同技術(shù)路線(xiàn)，所以不存在技術(shù)路線(xiàn)零和博弈帶來(lái)的風(fēng)險：只要技術(shù)成熟可靠，就可以獲得成功。

 

　　而作為在晶硅、薄膜都做過(guò)研究與生產(chǎn)的資深專(zhuān)家，于振瑞清醒地認識到，鈣鈦礦也存在著(zhù)需要克服的短板，并且它在研發(fā)階段的部分優(yōu)勢可能也會(huì )成為量產(chǎn)時(shí)的劣勢，必須從開(kāi)始就選定真正適合量產(chǎn)的技術(shù)。

 

　　鈣鈦礦太陽(yáng)電池對雜質(zhì)和缺陷容忍度高、對材料要求低，這讓鈣鈦礦的研發(fā)成本較低。前期工作只需要調試出合適的配方和對制備工藝進(jìn)行不同的優(yōu)化，即可在小尺寸基材上很快得到較好的結果。這讓鈣鈦礦技術(shù)流派繁多，但很多技術(shù)往往沒(méi)有考慮到生產(chǎn)與應用端的要求。其實(shí)，薄膜類(lèi)電池技術(shù)始終繞不開(kāi)的挑戰是大尺寸膜層制備，在大面積上的膜層一致性是所有薄膜電池量產(chǎn)的關(guān)鍵。

 

　　“我們一開(kāi)始考慮的就是能夠實(shí)現高效大尺寸鈣鈦礦組件的量產(chǎn)技術(shù)”于振瑞表示高新技術(shù)不應是空中樓閣，在他從業(yè)的近40年間，見(jiàn)過(guò)太多看上去很美的技術(shù)，最終卻倒在了中試或量產(chǎn)這一關(guān)。

 

　　外界對極電的最大印象是“快”。事實(shí)也確實(shí)如此。從2018年6月項目立項，到2020年4月成立公司，到現在4年時(shí)間成為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化排頭兵。

 

　　所以，極電從成立那一刻起，就有著(zhù)很清晰的目標：做量產(chǎn)下效率最高、穩定性最優(yōu)、成本最低的鈣鈦礦電池。

 

 

　　鈣鈦礦是一個(gè)“工藝”與“配方”并重的技術(shù)，同時(shí)由于技術(shù)路線(xiàn)時(shí)間短，工藝尚未如晶硅般成熟，也無(wú)法向半導體設備借鑒，適合大尺寸、高效率量產(chǎn)的鈣鈦礦設備性能提升與國產(chǎn)化也是必須要解決的問(wèn)題。要實(shí)現質(zhì)的飛躍，“工藝”、“配方”、“設備”這三駕馬車(chē)必須齊頭并進(jìn)。

 

　　2021年5月，極電宣布在63.98cm2的鈣鈦礦光伏組件上實(shí)現了破世界記錄的20.5%的光電轉換效率，獲得了日本JET的檢測認證。而更加值得關(guān)注的是，當天極電發(fā)布了兩件筆者認為更重磅的消息：

 

　　第一件是在2021年三季度啟動(dòng)平米級組件試制線(xiàn)，2022年將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，說(shuō)明當時(shí)鈣鈦礦的量產(chǎn)和大尺寸制備取得了長(cháng)足的進(jìn)步。

 

　　第二件則更為關(guān)鍵地發(fā)布了“極創(chuàng )”整體解決方案，實(shí)際上是闡述了為什么極電可以取得這樣的成就。

 

　　“極創(chuàng )”包括推出無(wú)甲胺鈣鈦礦材料體系、“原位固膜”薄膜制備技術(shù)和界面鈍化與缺陷控制技術(shù)三大技術(shù)創(chuàng )新，從材料制作、技術(shù)應用、配方改進(jìn)等維度打造核心技術(shù)優(yōu)勢，逐個(gè)攻破鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)在效率提升、大面積制備以及穩定性方面的行業(yè)痛點(diǎn)，為鈣鈦礦商業(yè)化量產(chǎn)掃清障礙。

 

　　筆者認為“原位固膜”技術(shù)是鈣鈦礦研發(fā)史上的一次思想飛躍，是打破常規認知的靈感火花，也是另外兩項技術(shù)得以應用的基礎。

 

　　無(wú)甲胺鈣鈦礦材料體系制備的鈣鈦礦太陽(yáng)電池效率更高，穩定性也更好，但是無(wú)甲胺鈣鈦礦薄膜的大面積制備一直是行業(yè)面臨的一大挑戰，極電光能的無(wú)甲胺鈣鈦礦材料體系采用了模擬計算的最佳配比，并添加了獨創(chuàng )的穩相劑和鈍化組分，從材料角度保證了鈣鈦礦組件的穩定性、高效率以及大面積制備的可實(shí)現性。

 

　　但這還不夠，大尺寸下，一步溶液涂布技術(shù)制程簡(jiǎn)單，但是“涂后不可控”，導致薄膜結晶受環(huán)境影響大，隨機性強，大面積生產(chǎn)面臨良率低的風(fēng)險。另外，溶液會(huì )流動(dòng)，同時(shí)看似很平的玻璃，在微觀(guān)尺度下是凹凸不平的，這對極薄的溶液來(lái)說(shuō)已經(jīng)有形成“天塹”而無(wú)法均勻結晶的可能。此前有研究方向是探討如何將玻璃盡可能做的盡量平，減少缺陷，但這樣會(huì )大幅抬高玻璃的成本，同時(shí)越大尺寸，制備越是困難。

 

　　而極電光能開(kāi)創(chuàng )性的用“原位固膜”技術(shù)解決了這個(gè)難題：通過(guò)“干法搭骨架，濕法定結晶”的策略，彌補了“一步溶液涂布法”的缺陷，先利用真空法制作一層含有密集針孔的“骨架層”，再利用溶液涂布技術(shù)涂敷鈣鈦礦前驅液，把“形核”與“晶粒生長(cháng)”分開(kāi)，使得鈣鈦礦膜層制備在可控條件下發(fā)生，可實(shí)現高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的面積連續放大。

 

　　界面鈍化與缺陷控制技術(shù)通過(guò)獨有的鈍化劑和原位緩沖層技術(shù)，有效地抑制了鈣鈦礦內部和界面缺陷的形成，改善能帶匹配，提高鈣鈦礦電池效率和穩定性。
 

 

　　“在得到馬丁格林教授的認可后，我們更堅定了方向的正確性。”于振瑞說(shuō)。2021年，在三項鈣鈦礦“黑科技”的加持下，極電全球范圍內率先實(shí)現大面積鈣鈦礦組件效率超過(guò)20%的企業(yè)，被現代太陽(yáng)能之父馬丁-格林稱(chēng)為“里程碑式的成果”。

 

 

　　據于振瑞介紹，目前極電全球規模最大的150MW鈣鈦礦光伏組件試制線(xiàn)設備已經(jīng)入場(chǎng)安裝調試，今年第四季度將全面投產(chǎn)。

 

　　于振瑞透露了極電目前效率的最新進(jìn)展：

 

　　目前極電在20cm2的尺寸上效率超過(guò)了22%，300cm2的效率已經(jīng)超過(guò)了18.2%。他希望在今年年底前900cm2組件效率能達到19%;計劃在3年左右，將平米級組件的效率做到21%以上。目前學(xué)界認為鈣鈦礦效率超過(guò)晶硅只是時(shí)間問(wèn)題，已有學(xué)術(shù)界人員探討制備效率超過(guò)30%的電池的可能性。

 

　　極電也計劃在2023年啟動(dòng)首條GW級生產(chǎn)線(xiàn)的建設，并在2024年正式投產(chǎn)，至2026年建成10GW的產(chǎn)能。

 

　　于振瑞認為2022年是鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化元年。“目前鈣鈦礦相對晶硅而言有外觀(guān)優(yōu)勢，相對其他薄膜技術(shù)有成本效率雙優(yōu)勢。未來(lái)鈣鈦礦會(huì )首先從BIPV上取得較大規模應用，也會(huì )在各類(lèi)光伏電站上取得示范應用。”他認為到2025年鈣鈦礦技術(shù)將會(huì )邁過(guò)與晶硅技術(shù)正面競爭的閾值門(mén)檻，占據度電成本的優(yōu)勢地位，并進(jìn)一步加速放量，成為主流產(chǎn)品。

 

　　而隨著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)的就位，極電的測試與實(shí)證也逐步到了數據“收獲期”。

 

　　此前業(yè)內曾有觀(guān)點(diǎn)，認為鈣鈦礦作為有機物，壽命不可能達到25年。對此于振瑞認為這是一種出于直覺(jué)的誤解。“很多人認為有機的東西不穩定，實(shí)際很多行業(yè)的產(chǎn)品都是有機的，在室外25年沒(méi)有問(wèn)題。”于振瑞指出鈣鈦礦在2009年開(kāi)始時(shí)，確實(shí)給業(yè)界一個(gè)效率高但衰減快的印象，但現在鈣鈦礦的材料體系與工藝持續優(yōu)化，穩定性已經(jīng)得到了驗證。目前不僅能通過(guò)晶硅組件檢測標準IEC61215的加速老化的認證測試，還通過(guò)了泡水、光老化等更嚴苛的測試，表現良好。

 

　　“不過(guò)，我們還是要用實(shí)際應用場(chǎng)景來(lái)檢驗。”鈣鈦礦技術(shù)的成功讓長(cháng)城汽車(chē)堅定了信心，同時(shí)也為極電鈣鈦礦組件的應用提供場(chǎng)景支持。極電光能的鈣鈦礦光伏產(chǎn)品將率先在長(cháng)城愛(ài)情地產(chǎn)項目上做BIPV(光伏建筑一體化)示范應用，這將是全球第一個(gè)大規模鈣鈦礦BIPV項目;同時(shí)，在與湖北省簽訂的2.8GW光伏項目上，開(kāi)展鈣鈦礦在大型地面光伏電站上的示范應用并逐步大規模應用。

 

　　就在本次采訪(fǎng)結束后的6月17日，科技日報以“可再生能源技術(shù)重要里程碑:鈣鈦礦太陽(yáng)能電池壽命延至30年”為題報道了美國普林斯頓大學(xué)一個(gè)研究組發(fā)表在《Science》雜志上的最新成果。該課題組的成果表明，鈣鈦礦太陽(yáng)電池在實(shí)際應用場(chǎng)合工作30年后，其效率仍保持初始值的80%!

 

　　至此，長(cháng)城的綠色生態(tài)初步完成閉環(huán)。極電光能已經(jīng)與同屬長(cháng)城旗下動(dòng)力電池企業(yè)蜂巢能源、專(zhuān)注氫能及燃料電池技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)的未勢能源，以及愛(ài)情地產(chǎn)簽訂戰略合作協(xié)議，聯(lián)合新能源行業(yè)上下游企業(yè)，持續加強相互賦能，融合發(fā)展，共同打造長(cháng)城的綠色低碳、智能創(chuàng )新的新能源業(yè)務(wù)體系，結合長(cháng)城清潔能源“生產(chǎn)-存儲-使用”一體化供應鏈生態(tài)戰略布局，補齊綠色生態(tài)體系中的最后一塊拼圖。