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史莊，河北保定一個不大的城中村，先后誕生了兩位河北首富。一位做了光伏，另一位也在做光伏。

第一位企業(yè)家是英利的苗連生，是光伏產(chǎn)業(yè)的拓荒者；第二位則是長城汽車的掌門人魏建軍，正用光伏打造新的“綠色長城”。

由于老鄉(xiāng)的關(guān)系，魏建軍對于光伏了解非常早，也很感興趣，除了看到新能源的市場機遇外，魏建軍更看重長城在邁向綠色轉(zhuǎn)型時的生態(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，長城汽車已經(jīng)形成新能源汽車、鋰電、氫能的綠色用能體系，但魏建軍覺得還不夠，沒有綠色電力，這個生態(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，魏建軍找到于振瑞，希望找到一個好的光伏項目，作為長城汽車邁進綠色電力的切入點。

接到任務后，于振瑞帶隊對光伏的技術(shù)進行了全面梳理，彼時已是他接觸光伏行業(yè)的第32個年頭。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(nèi)第一個薄膜太陽電池產(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。”于振瑞笑著說，“我們比絕大多數(shù)搞鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的公司更懂光伏，知道一項新技術(shù)從實驗室邁向產(chǎn)業(yè)化過程中可能遇到的問題和解決方案，更知道行業(yè)需要什么。”

此時晶硅電池技術(shù)領(lǐng)域，PERC開始發(fā)力并已有內(nèi)卷趨勢，HJT、TopCON和IBC技術(shù)仍前景不明，于振瑞認為，作為后進者的長城，在晶硅技術(shù)體系中難有太大發(fā)展空間。

“晶硅雖然一直占據(jù)光伏市場超過95%的市場份額。但經(jīng)過70年研發(fā)、20多年商業(yè)化生產(chǎn)，無論是效率還是成本，都已經(jīng)接近天花板。”于振瑞稱這也是醞釀下一代技術(shù)的最佳時機，“要實現(xiàn)‘雙碳’目標，承載全球電力清潔化的任務，總需要有更大潛力的新技術(shù)接力。”

在回顧多年的晶硅和薄膜電池的發(fā)展歷程時，于振瑞覺得，上述兩種光伏技術(shù)在某種程度上陷入“瓶頸”。“晶硅光伏技術(shù)的制造工藝很多傳承自半導體工藝，在奠定基礎(chǔ)的同時，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(tǒng)的半導體技術(shù)，所以技術(shù)同質(zhì)化嚴重，行業(yè)內(nèi)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，被學界認為是“唯一具備商業(yè)化前景的新興光伏技術(shù)”。他說服中科院材料學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，極電光能成立，于振瑞是公司CEO。 他們的目標只有一個：研發(fā)適合大尺寸量產(chǎn)的鈣鈦礦光伏技術(shù)。

天選之子鈣鈦礦

鈣鈦礦近年來非常熱門，全球多家研究機構(gòu)和高校都在尋求鈣鈦礦的突破。除看好新能源這個賽道外，鈣鈦礦的研發(fā)熱潮背后有其五大優(yōu)勢：

1、鈣鈦礦的效率“天花板”更高。晶硅電池理論上的效率極限是29.4% ，現(xiàn)實條件可實現(xiàn)的工程極限效率是27.1%；量產(chǎn)電池方面，根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）預測，到2030年，常規(guī)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(jié)電池理論極限33%。同時，鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)特性使其對雜質(zhì)和缺陷的容忍度非常高，因此實際生產(chǎn)更容易逼近理論極限。



2、鈣鈦礦的成本更低。鈣鈦礦太陽電池材料用量小、制程短、對材料純度的要求低、生產(chǎn)過程能耗低、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毛錢以下。

3、技術(shù)發(fā)展速度快。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)過了40多年實驗室研發(fā)才開始進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。相比之下，鈣鈦礦自2009年誕生，只用了12年就步入產(chǎn)業(yè)化時代，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)于鈣鈦礦太陽電池的研究仍然異?；钴S，重大發(fā)現(xiàn)屢見Nature、Science等最高學術(shù)刊物的報道，還有巨大的技術(shù)潛力可挖；

4、產(chǎn)業(yè)生態(tài)容易搭建。鈣鈦礦工藝流程非常短，在FTO導電玻璃的基礎(chǔ)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，全流程可以在一個工廠完成。鈣鈦礦生產(chǎn)所需原材料沒有貴重材料，且供應穩(wěn)定，不會發(fā)生上游原材料供應短缺和漲價的制約。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，價格也會快速降低。鈣鈦礦光伏的產(chǎn)業(yè)鏈很容易搭建起來，因此只要技術(shù)一旦成熟，快速大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化很容易實現(xiàn)。

5、鈣鈦礦外觀漂亮、弱光發(fā)電性能好、可以制備在柔性基底上。因此其產(chǎn)品形態(tài)和外觀可以多樣化，不僅可以像晶硅光伏組件一樣用于各類大型光伏電站，還可以應用于BIPV光電建筑、太陽能汽車、景觀光伏、便攜電源、傳感器電源等各類“光伏+”場景，應用范圍更廣。

此外，鈣鈦礦是被光伏各界極罕見所共同接受的未來技術(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，只是在做單結(jié)結(jié)構(gòu)還是疊層結(jié)構(gòu)上存在不同技術(shù)路線，所以不存在技術(shù)路線零和博弈帶來的風險：只要技術(shù)成熟可靠，就可以獲得成功。

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

鈣鈦礦太陽電池對雜質(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(diào)試出合適的配方和對制備工藝進行不同的優(yōu)化，即可在小尺寸基材上很快得到較好的結(jié)果。這讓鈣鈦礦技術(shù)流派繁多，但很多技術(shù)往往沒有考慮到生產(chǎn)與應用端的要求。其實，薄膜類電池技術(shù)始終繞不開的挑戰(zhàn)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。

“我們一開始考慮的就是能夠?qū)崿F(xiàn)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，見過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”。事實也確實如此。從2018年6月項目立項，到2020年4月成立公司，到現(xiàn)在4年時間成為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化排頭兵。

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

極電光能的鈣鈦礦“黑科技”

鈣鈦礦是一個“工藝”與“配方”并重的技術(shù)，同時由于技術(shù)路線時間短，工藝尚未如晶硅般成熟，也無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題。要實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，“工藝”“配方”“設備”這三駕馬車必須齊頭并進。

2021年5月，極電宣布在63.98cm的鈣鈦礦光伏組件上實現(xiàn)了破世界記錄的20.5％的光電轉(zhuǎn)換效率，獲得了日本JET的檢測認證。更加值得關(guān)注的是，當天極電發(fā)布了兩件更重磅的消息：第一件是在2021年三季度啟動平米級組件試制線，2022年將產(chǎn)品推向市場，說明當時鈣鈦礦的量產(chǎn)和大尺寸制備取得了長足的進步；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、配方改進等維度打造核心技術(shù)優(yōu)勢，逐個攻破鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)在效率提升、大面積制備以及穩(wěn)定性方面的行業(yè)痛點，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(guī)認知的靈感火花，也是另外兩項技術(shù)得以應用的基礎(chǔ)。

無甲胺鈣鈦礦材料體系制備的鈣鈦礦太陽電池效率更高，穩(wěn)定性也更好，但無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(zhàn)，極電光能的無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(wěn)相劑和鈍化組分，從材料角度保證了鈣鈦礦組件的穩(wěn)定性、高效率以及大面積制備的可實現(xiàn)性。

這還不夠，大尺寸下，一步溶液涂布技術(shù)制程簡單，但是“涂后不可控”，導致薄膜結(jié)晶受環(huán)境影響大，隨機性強，大面積生產(chǎn)面臨良率低的風險。另外，溶液會流動，同時看似很平的玻璃，在微觀尺度下是凹凸不平的，這對極薄的溶液來說已經(jīng)有形成“天塹”而無法均勻結(jié)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，但這樣會大幅抬高玻璃的成本，同時越大尺寸，制備越是困難。

對此，極電光能開創(chuàng)性地用“原位固膜”技術(shù)解決了這個難題：通過“干法搭骨架，濕法定結(jié)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(qū)液，把“形核”與“晶粒生長”分開，使得鈣鈦礦膜層制備在可控條件下發(fā)生，可實現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的面積連續(xù)放大。

界面鈍化與缺陷控制技術(shù)通過獨有的鈍化劑和原位緩沖層技術(shù)，有效抑制了鈣鈦礦內(nèi)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(wěn)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。2021年，在三項鈣鈦礦“黑科技”的加持下，極電全球范圍內(nèi)率先實現(xiàn)大面積鈣鈦礦組件效率超過20%的企業(yè)，被現(xiàn)代太陽能之父馬丁-格林稱為 “里程碑式的成果”。

鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化元年

據(jù)于振瑞介紹，目前極電全球規(guī)模最大的150MW鈣鈦礦光伏組件試制線設備已經(jīng)入場安裝調(diào)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展：目前極電在20cm的尺寸上效率超過了22%，300cm的效率已經(jīng)超過了18.2%。他希望在今年底前900cm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。目前學界認為鈣鈦礦效率超過晶硅只是時間問題，已有學術(shù)界人員探討制備效率超過30%的電池的可能性。

極電也計劃在2023年啟動首條GW級生產(chǎn)線的建設，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優(yōu)勢，相對其他薄膜技術(shù)有成本效率雙優(yōu)勢。未來鈣鈦礦會首先從BIPV上取得較大規(guī)模應用，也會在各類光伏電站上取得示范應用。”他認為，到2025年，鈣鈦礦技術(shù)將會邁過與晶硅技術(shù)正面競爭的閾值門檻，占據(jù)度電成本的優(yōu)勢地位，并進一步加速放量，成為主流產(chǎn)品。

隨著生產(chǎn)線就位，極電的測試與實證也逐步到了數(shù)據(jù)“收獲期”。

此前，業(yè)內(nèi)曾有觀點，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，這是一種出于直覺的誤解，“很多人認為有機的東西不穩(wěn)定，實際很多行業(yè)的產(chǎn)品都是有機的，在室外25年沒有問題。”于振瑞指出，鈣鈦礦在2009年開始時，確實給業(yè)界一個效率高但衰減快的印象，但現(xiàn)在鈣鈦礦的材料體系與工藝持續(xù)優(yōu)化，穩(wěn)定性已經(jīng)得到了驗證。目前不僅能通過晶硅組件檢測標準IEC61215的加速老化的認證測試，還通過了泡水、光老化等更嚴苛的測試，表現(xiàn)良好。

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

6月17日，《科技日報》以“可再生能源技術(shù)重要里程碑:鈣鈦礦太陽能電池壽命延至30年”為題報道了美國普林斯頓大學一個研究組發(fā)表在《Science》雜志上的最新成果。該課題組的成果表明，鈣鈦礦太陽電池在實際應用場合工作30年后，其效率仍保持初始值的80%！

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

原標題：極電光能于振瑞：鈣鈦礦加快產(chǎn)業(yè)化 補齊長城綠色生態(tài)鏈