黑冕光電：押注鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的“突圍戰(zhàn)”

鈣鈦礦的潛在市場規(guī)模有望達(dá)到十萬億級乃至幾十萬億級。正是如此龐大的市場體量，吸引了眾多企業(yè)與投資人踴躍入局。

文｜錢麗娜

ID | BMR2004

光伏行業(yè)，是最“卷”的行業(yè)之一。當(dāng)前主流的晶硅光伏技術(shù)，單價已降至每瓦0.6—0.7元，較10年前每瓦13—15元的水平大幅下降，后續(xù)進(jìn)一步降價的空間已十分有限；效率方面，晶硅光伏的理論效率極限為29%，短期內(nèi)難以實現(xiàn)突破性提升。

2009年鈣鈦礦材料首次在實驗室開發(fā)成功，如今鈣鈦礦成為熱門的第三代光伏材料，有望拓展出幾十萬億級的市場。中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2025—2030年中國鈣鈦礦電池調(diào)研分析及投資前景研究預(yù)測報告》顯示 ，2024年中國鈣鈦礦電池新增產(chǎn)能約2GW；預(yù)計2025年中國鈣鈦礦電池新增產(chǎn)能將達(dá)4GW，2030 年將達(dá)161GW。2025年中國鈣鈦礦電池市場規(guī)模將達(dá)到37.5億元，2030年達(dá)到950億元。

2023年，石文達(dá)創(chuàng)立黑冕光電，從一開始就明確，研發(fā)方向并非為了發(fā)表論文，而是聚焦下一代光伏的實際應(yīng)用，在性能提升與穩(wěn)定性優(yōu)化上設(shè)定了極高的測試標(biāo)準(zhǔn)。如今，黑冕光電所研發(fā)的鈣鈦礦組件可穩(wěn)定達(dá)到20年以上的使用壽命，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。

01

鈣鈦礦，晶硅瓶頸下的材料新選擇

2022—2023年，國內(nèi)掀起了硅片廠建設(shè)熱潮，眾多企業(yè)集中涌入光伏領(lǐng)域?；谔歼_(dá)峰、碳中和的國家戰(zhàn)略，光伏產(chǎn)業(yè)作為清潔能源的重要組成部分，獲得了重點支持。盡管當(dāng)前光伏行業(yè)存在產(chǎn)能過剩問題，但根據(jù)國家戰(zhàn)略規(guī)劃，未來光伏發(fā)電量將占到社會總發(fā)電量的40%左右，成為能源供給的絕對主力軍。

石文達(dá)關(guān)注到，未來光伏成本下降空間與理論效率提升都遇到了瓶頸，行業(yè)亟需下一代產(chǎn)品支撐持續(xù)發(fā)展。與儲能領(lǐng)域存在液流電池、釩流電池、半固態(tài)電池、固態(tài)電池等多條技術(shù)路線不同，光伏領(lǐng)域的下一代技術(shù)方向相對單一，僅聚焦于第三代光伏技術(shù)——鈣鈦礦。該技術(shù)優(yōu)勢顯著：單結(jié)鈣鈦礦的理論效率可達(dá)33%，若采用疊層技術(shù)，效率更是有望提升至40%—50%，為光伏產(chǎn)業(yè)的效率突破與成本優(yōu)化提供了新的可能。

鈣鈦礦的核心材料成本僅為晶硅的1/20，盡管導(dǎo)電玻璃等配套材料會拉高部分成本，但未來單瓦成本仍有望降至晶硅的1/3至1/4，具備極強的價格競爭力。

1839年，德國礦物學(xué)家古斯塔夫·羅斯（Gustav Rose）在烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了一種天然礦物——CaTiO3（鈦酸鈣），它具有ABX3結(jié)構(gòu)（一種常見的晶體結(jié)構(gòu)類型），因此確立了“鈣鈦礦結(jié)構(gòu)”。20世紀(jì)初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多氧化物（如BaTiO3、SrTiO3）具有相同的ABX3結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出鐵電性、壓電性、超導(dǎo)性等特點，成為功能陶瓷的核心材料，這一階段，鈣鈦礦主要用于電子器件、傳感器、催化劑，與光伏無關(guān)。

直到20世紀(jì)90年代，日本科學(xué)家Miyasaka團隊開始探索含鉛鹵化物鈣鈦礦（如CH3NH3PbI3）作為敏化劑用于染料，敏化太陽能電池（DSSC）。2009年，Miyasaka等人首次將CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3用作DSSC的光吸收層，使電池獲得3.8%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。

2012年，牛津大學(xué)Henry Snaith團隊和韓國成均館大學(xué)Park團隊幾乎同時開發(fā)出全固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池，采用空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD替代液態(tài)電解質(zhì)，電池效率躍升至9.7%—10.9%，且穩(wěn)定性顯著改善，該研究于2013年被《Science》評為“十大科學(xué)突破”之一，全球?qū)嶒炇壹娂姼M(jìn)。

鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電性能，如高吸光系數(shù)、長載流子擴散長度、可調(diào)帶隙、低成本溶液加工等，在近二十年掀起研究熱潮，尤其在太陽能電池領(lǐng)域，被譽為繼多晶硅材料之后的第三代光伏材料。2024年，經(jīng)NREL認(rèn)證的最高認(rèn)證效率達(dá)26.1%（小面積單結(jié)），疊層電池（鈣鈦礦/硅）突破33.9%。2025年最新數(shù)據(jù)認(rèn)證效率已超過27.3%（小面積單結(jié)），疊層器件效率突破34.8%。

2019年，石文達(dá)進(jìn)入英國帝國理工開展博士后研究時，主攻鈣鈦礦材料研究及下一代光伏產(chǎn)品。他堅定看好能源行業(yè)：“馬斯克曾說 ‘未來貨幣可能消失，能源將成為唯一的貨幣’。從古代鉆木取火到現(xiàn)代能源體系，諸多行業(yè)可能隨時代發(fā)展逐漸消亡，但人類始終在追尋更高效的能源解決方案。光伏作為清潔能源的核心賽道，更是得到行業(yè)共識?！?/p>

如今，隆基、中石油、寧德時代等能源龍頭企業(yè)，均已投入大量資金布局鈣鈦礦相關(guān)研究，充分驗證了這一賽道的可行性。

02

從實驗室到商業(yè)化

石文達(dá)結(jié)合自身的經(jīng)歷與行業(yè)觀察，認(rèn)為新材料從實驗室走向商業(yè)化，大致遵循三個關(guān)鍵階段：

實驗室探索期。初期多為基礎(chǔ)研究，聚焦材料本身的性能驗證，如鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)換效率，此時尚未明確產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，更多是驗證技術(shù)可行性。

價值認(rèn)可期。當(dāng)材料在核心性能上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，如鈣鈦礦效率、成本優(yōu)于傳統(tǒng)晶硅，且行業(yè)龍頭開始入局布局時，科學(xué)家會正式將其視為具有產(chǎn)業(yè)化潛力的方向，研發(fā)重心轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性、兼容性等實用化指標(biāo)。

商業(yè)化推進(jìn)期。在解決原材料供應(yīng)、生產(chǎn)工藝、設(shè)備適配等量產(chǎn)關(guān)鍵問題后，從細(xì)分場景（如C端消費電子）切入市場，通過小范圍驗證逐步擴大應(yīng)用規(guī)模，最終實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化落地。

石文達(dá)認(rèn)為，鈣鈦礦材料目前要與晶硅形成有效競爭，需要在協(xié)同降本與技術(shù)差異化之間找到平衡點。目前導(dǎo)電玻璃（FTO玻璃）是全行業(yè)最重的成本包袱，占組件成本的50%左右，需行業(yè)內(nèi)企業(yè)聯(lián)合推動規(guī)模化生產(chǎn)，共同降低成本。而電子傳輸材料、空穴傳輸材料、鈣鈦礦活性層材料等核心環(huán)節(jié)，各家技術(shù)路線差異顯著，是企業(yè)核心競爭力的體現(xiàn)。

目前行業(yè)尚未形成牽頭企業(yè)推動協(xié)同降本，整體處于技術(shù)分散、各自為戰(zhàn)的階段。但隨著市場發(fā)展，行業(yè)共識逐漸形成，需聯(lián)合推進(jìn)通用材料的規(guī)?；当?，同時保留30%—40%的核心專屬材料作為技術(shù)壁壘，共同應(yīng)對晶硅的競爭壓力。

在黑冕光電的蘇州張家港辦公室里，會議桌上擺放著不同色彩的300×300毫米鈣鈦礦材料成品。石文達(dá)介紹說：“雖然目前有七八十家企業(yè)涌入鈣鈦礦領(lǐng)域，但是真正能夠形成一定規(guī)模的，有300×300毫米生產(chǎn)能力的企業(yè)可能也就二三十家。”

實驗室級別的鈣鈦礦材料只有指甲蓋大小，產(chǎn)業(yè)端需要不斷放大材料面積。300×300毫米的尺寸已經(jīng)能夠滿足很多消費類電子的需求，包括戶外可穿戴設(shè)備，但是要用到電站上，尺寸得放大到1.2×2.4米，目前只有3—4家可以生產(chǎn)，尺寸越大，缺陷也會越多。

令石文達(dá)期待的是，鈣鈦礦技術(shù)解鎖了諸多晶硅無法覆蓋的增量市場，他說：“應(yīng)用場景約為傳統(tǒng)光伏的3—4倍?！?/p>

鈣鈦礦材料可制成半透明、全透明產(chǎn)品，支持30余種顏色定制，適配建筑領(lǐng)域的天窗、幕墻等場景，兼顧采光與美觀需求；輕質(zhì)且可彎折的特性，使其能應(yīng)用于汽車車頂、車身等部位，解決了晶硅不透光、外觀突兀的問題；也可適配衛(wèi)星、戶外設(shè)備等場景，甚至能滿足軍工、航天等高端需求，拓展了光伏技術(shù)的應(yīng)用邊界。

此外，鈣鈦礦材料還具備優(yōu)異的弱光響應(yīng)特性。晶硅技術(shù)需在強光環(huán)境下才能高效發(fā)電，通常需等到上午八九點光照充足時才啟動發(fā)電，而鈣鈦礦在清晨五六點天亮?xí)r即可開始發(fā)電，陰雨天、室內(nèi)等弱光環(huán)境下也能穩(wěn)定供電，徹底打破了光照條件對光伏應(yīng)用的束縛。這一特性，不僅讓鈣鈦礦在室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、公共移動充電等領(lǐng)域具備獨特優(yōu)勢，也為其在C端建筑、車載、消費電子等多場景的深度滲透奠定了基礎(chǔ)。目前，搭載鈣鈦礦供電模塊的手機殼、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如遙控器、智能垃圾桶、智能門鎖等）已陸續(xù)面市。

黑冕光電正在研發(fā)適用于公共場景的移動充電設(shè)備，無需復(fù)雜布線，可部署于樹木、公共區(qū)域等任意位置，用戶通過掃碼付費即可使用，未來有望對傳統(tǒng)充電寶市場形成沖擊。“不過，當(dāng)前C端產(chǎn)品尚未實現(xiàn)規(guī)模化，仍處于市場培育期，但整體發(fā)展趨勢樂觀，預(yù)計未來1—2年內(nèi)，鈣鈦礦技術(shù)將逐步替代紐扣電池的應(yīng)用場景，在低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、小型消費電子等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛滲透?！笔倪_(dá)說。

03

競爭勝負(fù)手

鈣鈦礦競爭的勝負(fù)手取決于三大關(guān)鍵指標(biāo)：效率、壽命與成本。

當(dāng)前，頭部鈣鈦礦企業(yè)的效率水平已十分接近。在小面積組件領(lǐng)域，光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄為27.3%，黑冕光電能穩(wěn)定達(dá)到27%左右，其他頭部企業(yè)也能接近27%的水平；在300×300毫米的大面積組件領(lǐng)域，當(dāng)前光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄為24%，黑冕光電約為23.5%。

光伏產(chǎn)品的壽命也是至關(guān)重要的指標(biāo)。無論是電站還是建筑場景，光伏組件的使用周期均需達(dá)到20年以上，才能滿足成本核算與實際應(yīng)用需求。目前，行業(yè)普遍認(rèn)為鈣鈦礦的穩(wěn)定性是主要瓶頸，多數(shù)產(chǎn)品的預(yù)期壽命僅為4—5年。此外，黑冕光電在鈣鈦礦穩(wěn)定性技術(shù)方面已取得三項重要成果，并發(fā)表于《Science》雜志，由此形成了獨特的技術(shù)壁壘。

石文達(dá)說：“鈣鈦礦之所以具備顯著的成本下降潛力，核心源于三大優(yōu)勢：原料成本低廉、生產(chǎn)過程低能耗，設(shè)備投資門檻低。后續(xù)可通過技術(shù)迭代與規(guī)?；a(chǎn)，進(jìn)一步壓縮單瓦成本，持續(xù)鞏固價格競爭力，與效率、壽命形成協(xié)同優(yōu)勢，支撐商業(yè)化大規(guī)模推廣?！?/p>

當(dāng)前，鈣鈦礦光伏技術(shù)的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)體現(xiàn)在三個方面：一是材料對水氧敏感，易降解；二是高溫耐候性不足，在高溫環(huán)境下，如新疆地區(qū)組件溫度可達(dá)100℃以上，夏季車內(nèi)溫度可達(dá)70℃—80℃，傳輸層或鈣鈦礦層可能失效；三是在電場作用下，離子會發(fā)生遷移，若離子移出鈣鈦礦活性層無法返回，將導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆破壞，造成性能永久衰退。

由于壽命和穩(wěn)定性是決定鈣鈦礦技術(shù)能否實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，為解決上述問題，黑冕光電采取了以下系統(tǒng)性技術(shù)路徑：

第一，采用全無機材料體系提升了材料的熱穩(wěn)定性，并實現(xiàn)了超過50000小時的持續(xù)工作壽命，在同類體系中處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

第二，通過氟摻雜進(jìn)行表面鈍化。利用氟原子的高電負(fù)性束縛鈣鈦礦層中的離子，有效抑制離子遷移現(xiàn)象。該技術(shù)使器件在43000小時（約相當(dāng)于25年）的持續(xù)測試中保持穩(wěn)定性能，且衰減率極低。

第三，開展界面結(jié)構(gòu)重構(gòu)，并與晶硅電池進(jìn)行戶外實證測試。黑冕光電于2024年7月及2025年5月分別發(fā)表研究成果，系統(tǒng)性地解決了鈣鈦礦電池戶外運行的關(guān)鍵難題。

黑冕光電自2023年在張家港成立以來，已兩次刷新鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的世界紀(jì)錄，逐步構(gòu)建起從材料體系、鈍化技術(shù)到界面設(shè)計與戶外驗證的完整技術(shù)閉環(huán)，為推動鈣鈦礦光伏技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。

面對中石化、京東方等行業(yè)巨頭的競爭，作為初創(chuàng)企業(yè)的黑冕光電采取的是差異化發(fā)展策略。石文達(dá)說：“鈣鈦礦的核心技術(shù)難點60%—70%集中在材料層面，剩余20%—30%在于工藝與設(shè)備，而巨頭的優(yōu)勢在于資金雄厚，可重金采購設(shè)備、推動非標(biāo)設(shè)備迭代，但重資產(chǎn)模式周期長、效率低。我們則聚焦材料研發(fā)，通過‘AI+新材料’模式持續(xù)產(chǎn)出全新分子結(jié)構(gòu)的材料，在細(xì)分領(lǐng)域保持2—3年的技術(shù)領(lǐng)先?！蹦壳埃诿峁怆娡ㄟ^采用“AI+新材料”的研發(fā)模式，已經(jīng)將數(shù)據(jù)庫進(jìn)行多次更新迭代。

此外，鈣鈦礦組件端融資難度較大，主要受制于三大因素：一是行業(yè)處于“雞生蛋、蛋生雞”的循環(huán)：中試線無法量產(chǎn)則難以獲得訂單，缺乏訂單又難以推進(jìn)量產(chǎn)線建設(shè)；二是頭部企業(yè)聚焦的電站類產(chǎn)品周期長，國家能源企業(yè)還在對新技術(shù)進(jìn)行嘗試，目前僅開展1—5兆瓦的示范性工程；三是晶硅電池的強勢競爭，晶硅產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)過十余年整合，成本已降至0.6—0.7元/瓦，而鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，成本短期內(nèi)難以與之抗衡，當(dāng)前鈣鈦礦組件成本約1.2—1.6元/瓦。

針對這些挑戰(zhàn)，黑冕光電選擇輕資產(chǎn)與差異化場景結(jié)合的發(fā)展路徑，不涉足門檻極高的電站類大尺寸組件，因為單條生產(chǎn)線投資約4億元，轉(zhuǎn)而聚焦消費類電子場景，開發(fā)小尺寸組件，可滿足99%戶外消費類電子需求。此類生產(chǎn)線總投資5000萬元即可落地，自動化生產(chǎn)線日產(chǎn)能約900—1000片，年產(chǎn)能30萬—40萬片，投資回報周期更短，風(fēng)險更可控。

如今，鈣鈦礦的潛在市場規(guī)模有望達(dá)到十萬億級乃至幾十萬億級。正是如此龐大的市場體量，吸引了眾多企業(yè)與投資人踴躍入局?！叭绱藦V闊的市場足以支撐10—20家頭部鈣鈦礦企業(yè)存活。投資人的邏輯聚焦于團隊實力、技術(shù)儲備、核心打法及商業(yè)化策略等關(guān)鍵維度，只要能在數(shù)十家競爭者中脫穎而出，便能占據(jù)市場先機?！笔倪_(dá)如是說。