當(dāng)瓦特蒸汽機(jī)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了第一圈；當(dāng)喬布斯從牛皮紙袋掏出Macbook；當(dāng)ChatGBT用流暢優(yōu)美的語(yǔ)言回答第一個(gè)問(wèn)題。科技，曾經(jīng)、正在、也將改變未來(lái)。

「Future」是36氪科技報(bào)道團(tuán)隊(duì)主理的一檔專(zhuān)欄，我們將圍繞科技產(chǎn)業(yè)的前沿突破，記錄那些實(shí)驗(yàn)室里令人振奮的新技術(shù)，是如何穿越PMF（Product Market Fit 產(chǎn)品與市場(chǎng)結(jié)合）的驚險(xiǎn)周期，進(jìn)而影響更廣闊的商業(yè)社會(huì)。

(資料圖片僅供參考)

在這里，看見(jiàn)「Future」。

2月23日，因?yàn)閷?duì)“跨界鈣鈦礦”的關(guān)鍵人物履歷造假，上市公司奧聯(lián)電子被證監(jiān)會(huì)立案調(diào)查。

奧聯(lián)電子過(guò)去做的是汽車(chē)配件生意，和鈣鈦礦毫無(wú)關(guān)系。只因宣布和“鈣鈦礦大神”胥明軍合作，開(kāi)展鈣鈦礦太陽(yáng)能業(yè)務(wù)，奧聯(lián)電子股價(jià)在兩個(gè)月翻了三倍。但很快，胥明軍被發(fā)現(xiàn)履歷不實(shí)，整件事成為一場(chǎng)鬧劇。

奧聯(lián)電子不惜造假也要蹭熱度，無(wú)非是眼熱正不斷涌入的金錢(qián)。無(wú)論在一級(jí)還是二級(jí)市場(chǎng)，鈣鈦礦都稱(chēng)得上是最近的熱門(mén)賽道。

2021年到2022年間，這個(gè)很長(zhǎng)時(shí)間中不受關(guān)注的領(lǐng)域融資近百億。項(xiàng)目的投資方名單中，不乏騰訊、高瓴這樣知名公司或基金的身影。

諸如纖納光電這樣的明星項(xiàng)目，更是由招銀國(guó)際、杭開(kāi)集團(tuán)這樣的國(guó)字號(hào)基金牽頭，此前的投資人皆是三峽集團(tuán)、京能集團(tuán)、浙能集團(tuán)等等重磅基金。

如果只看現(xiàn)在的生產(chǎn)情況，鈣鈦礦甚至離規(guī)?；a(chǎn)都很遠(yuǎn)。比起晶硅電池組件動(dòng)輒幾十GW的產(chǎn)能，鈣鈦礦組件在2022年的產(chǎn)能只能以MW計(jì)算，差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

這并不妨礙鈣鈦礦成為資本的寵兒。

如果只從技術(shù)角度分析，它不單單只是乘上“碳中和”、“碳達(dá)峰”的風(fēng)口，更代表新一代薄膜電池技術(shù)，一旦大規(guī)模商用替代晶硅電池，將會(huì)是新能源行業(yè)一場(chǎng)革命。對(duì)于資本來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)迭代帶來(lái)的機(jī)會(huì)通常超出想象，極其誘惑。

鈣鈦礦究竟是什么，為何如此牽動(dòng)資本的心緒？這種一百多年前就在烏拉爾山發(fā)現(xiàn)的晶體，為何成為太陽(yáng)能電池最受關(guān)注的新技術(shù)？

什么是鈣鈦礦電池？

如果只看中文，會(huì)以為鈣鈦礦是一種“礦石”。但實(shí)際上，現(xiàn)在行業(yè)中所說(shuō)的“鈣鈦礦”和礦石沒(méi)有什么關(guān)系。

在地球科學(xué)領(lǐng)域，鈣鈦礦的確是種礦石。1839年，德國(guó)科學(xué)家古斯塔夫.羅斯（Gustav Rose）在烏拉爾山考察時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鈣（Ca）、鈦（Ti）元素組成的一種礦物。羅斯很崇拜俄國(guó)礦物學(xué)家Lev Perovski，所以將這種礦石命名為了Perovski，所以鈣鈦礦英文為perovskite。

羅斯最早發(fā)現(xiàn)的這種礦石，化學(xué)式是CaTiO3，也就是鈣鈦復(fù)合氧化物，后來(lái)只要是ABX3結(jié)構(gòu)的化合物，都被叫做鈣鈦礦。早在1892年，美國(guó)人H.L. Wells就合成了基于銫和鉛的鈣鈦礦物質(zhì)CsPbX3。

因此，在地球科學(xué)領(lǐng)域之外，鈣鈦礦只是一類(lèi)化合物的代指?？茖W(xué)家們會(huì)調(diào)試不同的“配方”，但只要化學(xué)式是ABX3結(jié)構(gòu)，都叫做鈣鈦礦。

鈣鈦礦此前是少數(shù)科學(xué)家研究的小眾材料。各國(guó)實(shí)驗(yàn)室用鈣鈦礦化合物做過(guò)激光器、加熱器件或者LED零件，但這些產(chǎn)品從來(lái)沒(méi)走出過(guò)實(shí)驗(yàn)室。

說(shuō)到底，很長(zhǎng)一段時(shí)間中，工業(yè)界沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦可以帶來(lái)效率提升、或者能降低成本，自然沒(méi)有系統(tǒng)研發(fā)和討論的興趣，鈣鈦礦一直沒(méi)有找到用武之地。

但有一個(gè)瓶頸明顯的領(lǐng)域很快讓鈣鈦礦煥發(fā)出生機(jī)：太陽(yáng)能電池。

早在1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室就研制出了第一塊晶硅太陽(yáng)能電池，光轉(zhuǎn)換成電的效率為4.5%。接下來(lái)30年，硅在半導(dǎo)體、航空航天領(lǐng)域都成了很常見(jiàn)的材料，美國(guó)1958年發(fā)射的人造衛(wèi)星先鋒一號(hào)就在用硅制造的太陽(yáng)能電池。

到八十年代，實(shí)驗(yàn)室中晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)能做到20%。接著因?yàn)樘?yáng)能行業(yè)的發(fā)展，參與者眾多，晶硅電池很快因?yàn)楸憩F(xiàn)穩(wěn)定、規(guī)模效益成了主流。到2022年，晶硅電池已經(jīng)占據(jù)95%的市場(chǎng)份額。

然而，晶硅電池畢竟由天然礦物硅制造，而天然材料總有自己的極限。

在太陽(yáng)能發(fā)電中，有個(gè)關(guān)鍵的概念就是“帶隙”。簡(jiǎn)單理解，帶隙就是一種能量，讓靜止的電子變成可以移動(dòng)的電荷載流子，這樣才能發(fā)電。而對(duì)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，讓電子移動(dòng)的能量就是光能。

光有不同的波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)有不同能量，以eV（電子伏特）為單位衡量，比如深紅色可見(jiàn)光的帶隙就是1.75eV，帶有1.75eV能量。

天然材料的帶隙都是固定的，其中硅材料為1.1eV。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在晶硅板上，它可以吸收帶1.1eV能量的光，這部分光讓電子移動(dòng)，變成電能。

物理學(xué)家威廉·肖克利和漢斯.奎伊瑟研究后發(fā)現(xiàn)，在最理想的情況下，如果出現(xiàn)一種單結(jié)太陽(yáng)能電池，恰好能吸收1.34 eV能量的光子，那么此時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)達(dá)到33.16%，這也是太陽(yáng)能電池發(fā)電的極限。

晶硅的帶隙是不能調(diào)整的，提高效率的辦法就是不斷提純，減少干擾。目前，硅料的純度已經(jīng)超過(guò)99%。

在這種純度下，主流的晶硅電池光電轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到23%，極致的實(shí)驗(yàn)室條件下能達(dá)到29.7%，這已經(jīng)是晶硅材料能觸碰的極限，再提升0.01個(gè)百分點(diǎn)都會(huì)耗費(fèi)巨大的金錢(qián)。

天花板早已劃定。迄今為止，人類(lèi)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他天然材料可以達(dá)到晶硅的轉(zhuǎn)換效率。要突破的唯一辦法就是尋找人工合成材料。帶隙可以自由調(diào)節(jié)的鈣鈦礦就是在這種情況下進(jìn)入了工業(yè)界視野。

鈣鈦礦一開(kāi)始并沒(méi)有顯示出太大的能力。2006年，日本科學(xué)家宮坂力（Tsutomu Miyasaka）發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦可以當(dāng)成光敏劑，用在光伏電池中。他的實(shí)驗(yàn)室制備出了第一塊鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，但轉(zhuǎn)換效率只有3.8%。

這一開(kāi)頭足以振奮人心。相比于天然材料，人工材料的可操作性會(huì)靈活許多。鈣鈦礦材料帶隙寬度可以從 1.2eV延展到2.5eV。理論上來(lái)說(shuō)，只要研發(fā)者調(diào)整配方，就可以無(wú)限逼近最理想的帶隙，達(dá)到33%的光電轉(zhuǎn)換極限。如果堆疊起來(lái)，做成鈣鈦礦疊層電池，效率甚至可以達(dá)到44%。

可以說(shuō)，3.8%的轉(zhuǎn)換效率僅僅是一個(gè)開(kāi)始。只用了幾年，鈣鈦礦電池的效率就幾何式增長(zhǎng)，2012年時(shí)，通過(guò)更改“配方”，調(diào)整帶隙，牛津大學(xué)的Henry Snaith團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制備出轉(zhuǎn)換效率超過(guò)10%的鈣鈦礦電池。

2013年，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池被《Science》雜志評(píng)選為年度十大突破之一。2020 年12 月，英國(guó)的Oxford PV公司研發(fā)的硅/鈣鈦礦太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到29.52%，刷新紀(jì)錄。

然而，十年過(guò)去了，鈣鈦礦電池甚至沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)。晶硅電池仍然統(tǒng)治光伏電池行業(yè)，而且短期內(nèi)看來(lái)還會(huì)屹立不倒。

為什么鈣鈦礦電池沒(méi)辦法大規(guī)模使用？

如果只是小規(guī)模使用中，鈣鈦礦有太多的優(yōu)勢(shì)。

鈣鈦礦電池和晶硅電池走的是兩種技術(shù)路線(xiàn)，鈣鈦礦電池算是薄膜電池的一種，也就是在基地上鍍一層感光材料，這種材料吸收光。而晶硅電池用的是整塊硅片吸光。

從工藝的不同也可以看出，鈣鈦礦電池可以選擇玻璃這種剛性襯底，也可以用柔性襯底，比如塑料，甚至做成可以彎曲的形狀，很適合用在建筑、可穿戴設(shè)備、電子產(chǎn)品這樣形狀不規(guī)則的產(chǎn)品上。

因?yàn)槭侨斯ず铣刹牧希}鈦礦電池也不需要什么稀有元素，原材料很容易獲取，比去提純硅料成本低廉。加上鈣鈦礦天然有更強(qiáng)的吸光性，只需要0.3微米就能吸收足夠的陽(yáng)光，而硅片的厚度通常都要180微米，所以鈣鈦礦組件厚度可以做到晶硅組件的六十分之一。

也正因鈣鈦礦不是天然礦物，在加工時(shí)，這種材料對(duì)環(huán)境變化容忍度高很多，不容易受到雜質(zhì)干擾。光伏所用的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅，純度最低都要達(dá)到99.9999％。鈣鈦礦只需要95%。

晶硅電池的高門(mén)檻，需要企業(yè)數(shù)十億的前提投入。而硅料生產(chǎn)過(guò)程的高要求，也很難在一個(gè)工廠(chǎng)完成全流程。晶硅組件要經(jīng)歷提純硅料、切硅片、加工電池片、封裝組件四大制程，最少要3天。而鈣鈦礦組件粗略來(lái)說(shuō)，只需要做好原料，再在襯底上涂抹，就可以蝕刻電路并封裝，去掉加工電池片環(huán)節(jié)，1個(gè)小時(shí)以?xún)?nèi)就能完成。這樣一來(lái)，鈣鈦礦組件在單一工廠(chǎng)就能完成，投資額只有晶硅電池生產(chǎn)的一半。

然而，產(chǎn)業(yè)界并沒(méi)有大規(guī)模替換晶硅電池，還是因?yàn)殁}鈦礦電池還有無(wú)法克服的劣勢(shì)：不穩(wěn)定、高污染和難以大面積生產(chǎn)。

每種材料都有其優(yōu)劣勢(shì)。晶硅之所以加工難度高、投入大，正是因?yàn)樗瘜W(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)似金剛石，原子和原子之間相互作用力很穩(wěn)定，所以做成電池后能使用20-40年。

鈣鈦礦容易獲取和配置的另一面，是它化學(xué)結(jié)構(gòu)很脆弱。水汽、紫外線(xiàn)、溫度都會(huì)破壞鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，尤其是在高濕度情況下，鈣鈦礦材料會(huì)逐漸分解，光吸收性迅速下降。早期的鈣鈦礦電池雖然轉(zhuǎn)換效率不錯(cuò)，卻只能維持幾分鐘。

業(yè)內(nèi)也想出各種辦法來(lái)提升鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性，包括研發(fā)新材料、改變電池中傳輸層的材料、或者在表面加上阻擋層等等。這些辦法多少有些進(jìn)展，比如纖納光電α組件就通過(guò)了行業(yè)中避不開(kāi)的IEC61215的穩(wěn)定性認(rèn)證，也就是能在85攝氏度和85%相對(duì)濕度下連續(xù)工作1000小時(shí)。

“鈣鈦礦屬于薄膜電池，基地可以用晶硅等等材料。但問(wèn)題是，涂一層鈣鈦礦后，過(guò)個(gè)三年壞掉，然后又變成晶硅了。晶硅沒(méi)壞，涂層先壞了，不是很尷尬嗎？”一位關(guān)注新能源領(lǐng)域的投資人告訴36氪。

除了不穩(wěn)定之外，鈣鈦礦也很難大面積制備。以纖納光電為例，它們?chǔ)两M件尺寸是1245×635mm，發(fā)電功率90W，而隆基比較常見(jiàn)的組件Hi-MO 5 長(zhǎng)寬為2278×1134mm，組件功率為550W，可以明顯看到，鈣鈦礦的尺寸和功率都遠(yuǎn)小于晶硅組件的尺寸。

鈣鈦礦一直很難做成大面積組件。鈣鈦礦電池主要用“狹縫涂布”技術(shù)，也就是用一種有縫隙的模具，將鈣鈦礦液體從縫隙處噴涂到基座上。

這種工藝其實(shí)早就在OLED面板中成熟使用，甚至設(shè)備都可以直接復(fù)用自面板行業(yè)。真正掣肘鈣鈦礦大規(guī)模生產(chǎn)的，是噴涂完后材料結(jié)晶環(huán)節(jié)，也就是液體要變成一層干燥的膜。如果用動(dòng)作來(lái)形容，鈣鈦礦的膜是“長(zhǎng)”出來(lái)的。

這個(gè)過(guò)程只有幾秒鐘。只要有一個(gè)壞點(diǎn)，整個(gè)電池效率都會(huì)打折扣。難點(diǎn)是如何在這么短的時(shí)間，讓液體同時(shí)、均勻結(jié)晶，盡可能致密平滑。整個(gè)過(guò)程不能一點(diǎn)灰塵干擾，對(duì)車(chē)間清潔度要求極高。

這導(dǎo)致鈣鈦礦只能做成小面積的組件，因?yàn)檫@樣結(jié)晶更可控。一旦面積變大，很難保證表面能結(jié)出均勻的膜。

新的工藝、新的生產(chǎn)流程都讓鈣鈦礦電池生產(chǎn)更艱難。電池生產(chǎn)的良率都有個(gè)爬坡的過(guò)程，一般主流晶硅PERC電池良率和產(chǎn)能爬坡通常在2-3個(gè)月，但鈣鈦礦的生產(chǎn)工藝不成熟，爬坡過(guò)程可能會(huì)持續(xù)數(shù)年。

不穩(wěn)定、難以大面積制備，都成為鈣鈦礦遲遲沒(méi)能在產(chǎn)業(yè)界掀起風(fēng)浪的原因。

投資新風(fēng)向

無(wú)處可去的資本早就盯上了鈣鈦礦。

做鈣鈦礦組件的協(xié)鑫光電B輪融資數(shù)億，來(lái)自騰訊投資。5億元的B+輪融資更是囊括IDG、淡馬錫、紅杉這樣的頭部基金。

看上去，鈣鈦礦無(wú)疑是一個(gè)有技術(shù)門(mén)檻、有前景的性感故事。

但也有很多投資人在岸上觀(guān)望。在一個(gè)行業(yè)還遠(yuǎn)稱(chēng)不上成熟時(shí)，這個(gè)故事究竟會(huì)怎么收尾并不明朗。正如曾經(jīng)薄膜電池風(fēng)行一時(shí)又衰落，沒(méi)人能保證鈣鈦礦電池不會(huì)又是短暫的流星。

起碼在3-5年，鈣鈦礦電池看不到回報(bào)。光伏電池行業(yè)中，只有規(guī)模生產(chǎn)才能拉低成本。現(xiàn)在的鈣鈦礦企業(yè)最多能到百兆瓦（MW），這樣的產(chǎn)線(xiàn)如果能做到16%的光電轉(zhuǎn)換效率，每度電的成本比晶硅電池貴23%，這顯然是終端消費(fèi)側(cè)不可接受的。即便能翻一個(gè)數(shù)量級(jí)，做到GW級(jí)，效率到18%，成本也會(huì)高出6%。

要真正在產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用，鈣鈦礦電池最終必須靠采購(gòu)量和轉(zhuǎn)換效率不斷提升，攤薄成本。這也是早年晶硅電池走過(guò)的道路。

根據(jù)一位關(guān)注過(guò)鈣鈦礦，但最終沒(méi)有投入的投資人告訴36氪，在產(chǎn)業(yè)拐點(diǎn)到來(lái)前不會(huì)輕易入局?！斑€是要看一定規(guī)?；a(chǎn)的結(jié)果，能否與隆基HiMO6這樣的組件的效率比較?！笨蛇@一天究竟什么時(shí)候能到來(lái)，沒(méi)人能確定。

能源行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不同，更新?lián)Q代速度極慢。以晶硅電池為例，PERC技術(shù)替代上一代BSF技術(shù)用了5年。下一代晶硅電池是用TOPCon還是異質(zhì)結(jié)技術(shù)都還是未知數(shù)。當(dāng)晶硅電池的技術(shù)路線(xiàn)都還在緩慢迭代時(shí)，鈣鈦礦電池的應(yīng)用就顯得更為遙遠(yuǎn)。

但或許不用太過(guò)悲觀(guān)。熱衷于投資鈣鈦礦的美元基金退出周期長(zhǎng)，可以慢慢等待這項(xiàng)技術(shù)成熟，而且有新的“雙碳”政策，光伏行業(yè)也涌入更多的資金、更多的人才和公司，這或許會(huì)加速技術(shù)迭代。

而對(duì)于早期投資者，這是一場(chǎng)賭博。要么找到接盤(pán)方順利退出，要么等待鈣鈦礦概念在二級(jí)市場(chǎng)成為大熱門(mén)，要么血本無(wú)歸，這將會(huì)持續(xù)5-10年的時(shí)間。

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能電池 轉(zhuǎn)換效率 奧聯(lián)電子