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文 | 張一弛
編輯 | 蘇建勳
36氪獲悉，鈣鈦礦元件公司光晶能源宣佈完成3000萬元天使輪融資，本輪融資由正軒投資領投，創新工場、鼎祥資本跟投。公司已在20 cm × 20 cm的鈣鈦礦元件上獲得超過 20%的效率；已建成30 cm × 30 cm元件10 MW小試線，目標效率20%。
光伏行業從第一代晶矽光伏電池，第二代薄膜光伏電池，進階到了以鈣鈦礦為代表的第三代光伏電池。鈣鈦礦光伏電池具有理論轉化效率高、材料及生產成本低、弱光效能好、可柔性製備等優勢。
晶矽光伏電池經過多年發展，目前市佔率約為90%。鈣鈦礦光伏電池雖然短期面臨大面積製備難度高、穩定性相對較弱等技術挑戰，但若實現技術突破，將具備對晶矽光伏電池較強替代性。
傳統晶矽光伏元件製備需要4個工廠：第一個工廠從矽砂中提煉出金屬矽，透過精提、還原製得高純矽料；第二個工廠將高純矽料放入單晶爐中拉制成結晶完美的矽棒，再用金剛線切割出矽片；下一個工廠透過清洗、擴散、鍍膜、絲網印刷等工序將矽片加工成電池片；最後再將電池片及輔材組裝成元件。
相較於晶矽光伏元件製備，鈣鈦礦光伏元件原材料都是大宗化工品，便宜易得；工藝流程短，僅需鍍膜、鐳射切割、封裝等幾步，在單一工廠即可完成全部製備流程，單GW投資成本約為晶矽元件一半；且單瓦能耗僅0。12 KWh，是晶矽元件的十分之一。因此當鈣鈦礦元件規模化生產後，將擁有很大的成本優勢。
光晶能源核心團隊是最早一批開始研究鈣鈦礦產業化的科研人員，產業化技術積澱深厚。公司CEO黃福志擔任武漢理工大學材料複合新技術國家重點實驗室先進薄膜光伏研究中心主任，在Science、Nature等高水平期刊發表論文150+篇，引用次數破萬。自2015年歸國後，黃福志一直致力於研究鈣鈦礦電池產業化技術，開發了獨家鈣鈦礦墨水印刷技術並以唯一通訊作者發表Science論文。
黃福志向36氪表示，解決鈣鈦礦光伏元件大規模產業化難題，重點在於平衡好
能量轉換效率（PCE）、面積、穩定性
三者之間的關係。
效率方面
，鈣鈦礦電池在科學層面已有質的提升，PCE已非產業化主要瓶頸。僅經過十年左右的發展，疊層鈣鈦礦電池實驗室PCE已達到31。3%，單結鈣鈦礦電池實驗室PCE已達到25。7%。相比之下，目前主流使用的晶矽電池將PCE提升至26%花了近40年。同時晶矽電池的PCE理論上限為29。43%，提升潛力有限。
關於光晶能源為何優先攻克單結鈣鈦礦元件產業化難題，而非是PCE更高的疊層鈣鈦礦元件，黃福志向36氪表示，雖然疊層鈣鈦礦電池實驗室PCE更高，但這種技術需要將鈣鈦礦材料覆蓋到晶矽電池或另一層鈣鈦礦電池表面，產業化風險將呈指數式增長。單結鈣鈦礦技術是鈣鈦礦光伏的根技術，只有解決了單結技術，才有可能向疊層、柔性等應用方向發展。
疊層鈣鈦礦元件產業化風險來自鈣鈦礦電池整體產業化路徑尚未成熟，一段時期內其產品穩定性相對較低、生命週期相對較短。以二端子鈣鈦礦-晶矽疊層元件為例，若其中的鈣鈦礦電池層比晶矽電池層更早報廢，整個元件也會報廢。若是鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層，為了調節吸光效能，需在兩層鈣鈦礦中引入Sn2+、Br-等元素，比常規鈣鈦礦材料更不穩定，且需要製備兩次鈣鈦礦薄膜，其大面積製備將面臨更大的工藝和裝置難題。因此，實現單結鈣鈦礦元件產業化成為光晶能源現階段關注的重點。
大面積製備工藝方面
，在鈣鈦礦墨水塗覆後乾燥過程中鈣鈦礦晶體傾向於無序生長，塗覆面積越大將越難控制。無序生長的鈣鈦礦晶體薄膜很容易出現大量孔洞，導致鈣鈦礦元件PCE因漏電原因顯著下跌。因此，大面積鈣鈦礦元件製備工藝的提升是當前階段鈣鈦礦光伏產業化的關鍵。
雖然目前鈣鈦礦電池實驗室PCE超過25%，但實驗室條件下使用的是旋塗法。旋塗法可以獲得分佈均勻的鈣鈦礦結晶使得PCE更高，但其成型面積過小，一般低於1平方釐米，且使用的物料利用率僅3%，因此無法運用到大規模生產。
製備更大面積的鈣鈦礦光伏元件普遍使用狹縫擠出（Slot-Die）塗布法，但隨著面積增加元件PCE受到顯著影響。黃福志表示，雖然實驗室條件下鈣鈦礦電池能做到25。7%，但目前產業界平米級的鈣鈦礦元件PCE仍在向16%-18%努力。相比之下大面積晶矽元件PCE可以做到20%以上，若大規模生產的鈣鈦礦元件PCE未能提升至18%以上，儘管有製造成本優勢，其度電成本優勢將大打折扣。
為了降低鈣鈦礦晶體無序生長的影響，光晶能源研製出獨家鈣鈦礦墨水配方。透過調製鈣鈦礦墨水配方，塗覆過程中並不會生成鈣鈦礦晶體。在生成結構緊密的膜後，於退火過程中再透過反應使其生成緻密的鈣鈦礦晶體，因此可以避免乾燥過程中鈣鈦礦晶體無序生長的痛點。同時，該墨水技術可以實現連續狹縫塗布，大幅提升生產效率。
穩定性方面
，公司CTO石磊博士首先提出了以密閉環境提升鈣鈦礦電池穩定性的概念，開發了鈣鈦礦電池全封裝技術，創造了鈣鈦礦電池的穩定性記錄，並以第一作者兼通訊作者發表了Science論文。封裝後的電池可數倍超過光伏電池IEC61215測試要求，例如耐受溼熱“雙85”測試，超過1800小時幾乎無衰減。
光晶能源團隊有著豐富的光伏行業研發經驗。公司首席顧問程一兵院士為鈣鈦礦領域著名科學家，論文引用次數24000餘次，其中在Nature、Science、Nature子刊上發表13篇。產業化製造方面，光晶能源製造副總裁姚國曉博士具有豐富的光伏產業端經歷，曾任紐交所上市公司英利CTO、晶科董事兼CTO，負責把控光晶能源技術產業化落地規劃。
光晶能源計劃於2023年投建60 cm×120 cm元件100 MW中試線，2024年實現100 MW產線量產的目標。