范斌：鈣鈦礦光伏全面鋪開應(yīng)用還要過一道坎
9月9日，2024浦江創(chuàng)新論壇——綠色低碳創(chuàng)新論壇在上海市虹口區(qū)舉行。作為論壇嘉賓，國際知名鈣鈦礦技術(shù)領(lǐng)跑企業(yè)、昆山協(xié)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(chǎn)業(yè)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(fā)電。鈣鈦礦是像晶體硅一樣能夠進行光電轉(zhuǎn)換的材料，可以被用于光伏發(fā)電。不同的是，鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)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(xiàn)（光電轉(zhuǎn)換）效率的突破�！� “其實光伏企業(yè)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(fā)電占國內(nèi)發(fā)電量的占比，在我們剛?cè)胄械臅r候只有0.1%，幾年過去，目前已經(jīng)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(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品質(zhì)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(wěn)定、可靠。“畢竟實驗室的模擬，不可能代表現(xiàn)實中的所有工況。”而建設(shè)和運行更多的示范電站，就需要相關(guān)政策的鼓勵和政府相關(guān)部門的支持。
昆山協(xié)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(fā)及量產(chǎn)，由協(xié)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(zhuǎn)換效率高，“不是說‘一騎絕塵’，而是唯一的選擇�！薄澳壳�，有且僅有鈣鈦礦這一個材料可以實現(xiàn)（光電轉(zhuǎn)換）效率的突破�！薄斑h遠高于大自然光合作用的轉(zhuǎn)換效率�！�
范斌表示，目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以做到接近35%，而小麥田間光合作用的轉(zhuǎn)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(tǒng)稱。人們目前還在不斷研發(fā)、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(jié)構(gòu)。
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(fā)現(xiàn)了天然的鈣鈦礦。
2024年SNEC上海光伏展協(xié)鑫光電展示的三塊大尺寸鈣鈦礦組件產(chǎn)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(jié)組件（效率19.04%@2平米）。
據(jù)科技日報報道，鈣鈦礦是具備相同晶體結(jié)構(gòu)的一類“陶瓷氧化物”的統(tǒng)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。
范斌介紹，“2016年的時候，晶體硅在實驗室內(nèi)的光電效率是26.8%，到今年它的實驗室轉(zhuǎn)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(chǎn)晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率大概在22%到23%之間，而且明顯上不去了，而我們量產(chǎn)鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率可以做到26%到27%。如果跟晶體硅疊在一起，做成雙結(jié)的電池，我們相信可以實現(xiàn)35%以上的光電轉(zhuǎn)換效率�！�
協(xié)鑫光電是全球最早涉足鈣鈦礦領(lǐng)域的企業(yè)之一。
范斌表示，“在鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，協(xié)鑫光電目前是公認的全世界做得最好的企業(yè)，是第一梯隊，有且僅有我們一家�！薄皬�2013年就開始深耕大尺寸鈣鈦礦組件技術(shù)，在積累了十多年后，除了100兆瓦的產(chǎn)線投產(chǎn)，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(chǎn)線一年能夠生產(chǎn)合計100兆瓦的光伏組件。”
最大的挑戰(zhàn)
范斌介紹，晶體硅是從砂石等材料中提純獲得的材料，結(jié)構(gòu)簡單而穩(wěn)定，而鈣鈦礦材料是人為設(shè)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(wěn)定，也很耐用，可以連續(xù)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(shù)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(zhuǎn)換效率。
雖然目前鈣鈦礦材料還存在轉(zhuǎn)換效率需要進一步提高、穩(wěn)定性有待進一步提升等問題，但范斌認為，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化最大的挑戰(zhàn)是，沒人做過這件事，“這個產(chǎn)業(yè)以前不存在” 。
他解釋說，晶體硅相關(guān)的光伏技術(shù)大都是從國外引進，并進一步開發(fā)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(chǎn)線上能夠使用、生產(chǎn)，然后開始有一些早期的商業(yè)應(yīng)用，這完全是從無到有。
“大規(guī)模鋪開、應(yīng)用，還需要過一關(guān)，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(chǎn)生信任�！拔覀儸F(xiàn)在的100兆瓦生產(chǎn)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?nèi)デ嗪ｉ_始建示范電站。”
范斌表示，雖然現(xiàn)在光伏發(fā)電的成本已經(jīng)比火電便宜大概20%，然而光伏發(fā)電有一個顯著的問題，就是只能白天太陽出來的時候發(fā)電，陰雨天或晚上沒辦法發(fā)電。所以，光伏發(fā)電要想替代火電，需要搭配儲能，把白天發(fā)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(zhuǎn)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(fā)電。鈣鈦礦是像晶體硅一樣能夠進行光電轉(zhuǎn)換的材料，可以被用于光伏發(fā)電。不同的是，鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)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(xiàn)（光電轉(zhuǎn)換）效率的突破�！� “其實光伏企業(yè)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(fā)電占國內(nèi)發(fā)電量的占比，在我們剛?cè)胄械臅r候只有0.1%，幾年過去，目前已經(jīng)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(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品質(zhì)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(wěn)定、可靠。“畢竟實驗室的模擬，不可能代表現(xiàn)實中的所有工況。”而建設(shè)和運行更多的示范電站，就需要相關(guān)政策的鼓勵和政府相關(guān)部門的支持。
昆山協(xié)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(fā)及量產(chǎn)，由協(xié)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(zhuǎn)換效率高，“不是說‘一騎絕塵’，而是唯一的選擇�！薄澳壳�，有且僅有鈣鈦礦這一個材料可以實現(xiàn)（光電轉(zhuǎn)換）效率的突破�！薄斑h遠高于大自然光合作用的轉(zhuǎn)換效率�！�
范斌表示，目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以做到接近35%，而小麥田間光合作用的轉(zhuǎn)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(tǒng)稱。人們目前還在不斷研發(fā)、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(jié)構(gòu)。
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(fā)現(xiàn)了天然的鈣鈦礦。
2024年SNEC上海光伏展協(xié)鑫光電展示的三塊大尺寸鈣鈦礦組件產(chǎn)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(jié)組件（效率19.04%@2平米）。
據(jù)科技日報報道，鈣鈦礦是具備相同晶體結(jié)構(gòu)的一類“陶瓷氧化物”的統(tǒng)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。
范斌介紹，“2016年的時候，晶體硅在實驗室內(nèi)的光電效率是26.8%，到今年它的實驗室轉(zhuǎn)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(chǎn)晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率大概在22%到23%之間，而且明顯上不去了，而我們量產(chǎn)鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率可以做到26%到27%。如果跟晶體硅疊在一起，做成雙結(jié)的電池，我們相信可以實現(xiàn)35%以上的光電轉(zhuǎn)換效率�！�
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最大的挑戰(zhàn)
范斌介紹，晶體硅是從砂石等材料中提純獲得的材料，結(jié)構(gòu)簡單而穩(wěn)定，而鈣鈦礦材料是人為設(shè)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(wěn)定，也很耐用，可以連續(xù)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(shù)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(zhuǎn)換效率。
雖然目前鈣鈦礦材料還存在轉(zhuǎn)換效率需要進一步提高、穩(wěn)定性有待進一步提升等問題，但范斌認為，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化最大的挑戰(zhàn)是，沒人做過這件事，“這個產(chǎn)業(yè)以前不存在” 。
他解釋說，晶體硅相關(guān)的光伏技術(shù)大都是從國外引進，并進一步開發(fā)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(chǎn)線上能夠使用、生產(chǎn)，然后開始有一些早期的商業(yè)應(yīng)用，這完全是從無到有。
“大規(guī)模鋪開、應(yīng)用，還需要過一關(guān)，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(chǎn)生信任�！拔覀儸F(xiàn)在的100兆瓦生產(chǎn)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?nèi)デ嗪ｉ_始建示范電站。”
范斌表示，雖然現(xiàn)在光伏發(fā)電的成本已經(jīng)比火電便宜大概20%，然而光伏發(fā)電有一個顯著的問題，就是只能白天太陽出來的時候發(fā)電，陰雨天或晚上沒辦法發(fā)電。所以，光伏發(fā)電要想替代火電，需要搭配儲能，把白天發(fā)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(zhuǎn)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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