電池轉(zhuǎn)化效率再破世界紀(jì)錄！“黑科技”鈣鈦礦強(qiáng)勢(shì)崛起

這兩年，硅質(zhì)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新如火如荼，屢屢刷新世界。與此同時(shí)，另一項(xiàng)光伏領(lǐng)域“黑科技”也在強(qiáng)勢(shì)崛起，頻頻登上行業(yè)新聞?lì)^條，甚至大有東風(fēng)壓倒西風(fēng)的勢(shì)頭。

近日有媒體報(bào)道，德國(guó)柏林亥姆霍茲中心的科學(xué)家宣布鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率再次刷新世界紀(jì)錄！這也是半年內(nèi)第二次刷新該記錄。

揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短 鈣鈦礦/晶硅疊層電池或?qū)⒊筛咝孰姵刂髁?/strong>

近日有媒體報(bào)道，德國(guó)柏林亥姆霍茲中心 (HZB) 的科學(xué)家宣布已經(jīng)生產(chǎn)出一種鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池，其效率為32.5%，這是新的世界紀(jì)錄效率！而此次突破距離上次歐洲機(jī)構(gòu)宣布鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率突破了30%的里程碑，不到半年時(shí)間。

鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)電池也叫做鈣鈦礦/晶硅疊層電池、鈣鈦礦硅疊層電池，是鈣鈦礦電池與傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池技術(shù)的結(jié)合。鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似的一大類(lèi)化合物，擁有輕薄、柔韌性和可定制的特性，具有成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高、易制備等的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)，其尺寸未達(dá)到商業(yè)化尺寸、定性差、壽命相對(duì)較短、原料毒性、涂覆技術(shù)不成熟等缺點(diǎn)，暫時(shí)也限制了他大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

盡管屢屢刷新記錄，但傳統(tǒng)的晶硅電池在現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)能力下，已經(jīng)逼近晶硅單結(jié)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的極限，很難再打破這層效率“天花板”。鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池融晶硅、薄膜電池之長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的說(shuō)是將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面。這樣一來(lái)，鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)電池過(guò)組合的優(yōu)勢(shì)，拓寬了吸收光譜，獲得比單純晶硅電池或鈣鈦礦電池更高的光電轉(zhuǎn)化效率。

研究表明，鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)電池的理論效率極限為46%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)晶硅電池。這是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一次新的突破。

今年以來(lái)，該電池技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展可謂“神速”。

5月，南京大學(xué)譚海仁及其科研團(tuán)隊(duì)研制的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到28%；7月，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)和瑞士電子與微技術(shù)中心(CSEM)宣布，合作創(chuàng)造了鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池新的轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄，突破了30%的里程碑。也已有越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始布局鈣鈦礦/晶硅疊層電池，并嘗試對(duì)其進(jìn)行商業(yè)化落地。

有專(zhuān)業(yè)人士表示，如果在未來(lái)幾年里鈣鈦礦電池的壽命和大面積效率損失問(wèn)題能夠得到有效改善，那么鈣鈦礦/晶硅疊層電池有望成為未來(lái)的高效率電池主流。

鈣鈦礦進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展快車(chē)道

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以鈣鈦礦型（ABX3型）晶體作為吸光層材料的電池。它的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于“三明治”。兩個(gè)電極像三明治的兩片面包分別位于最外層，由外向內(nèi)挨著電極的是空穴傳輸層和電子傳輸層，而鈣鈦礦層則居于最中間。

作為新一代太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦電池的工作原理與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池相似，但轉(zhuǎn)化效率迥異。

根據(jù)CPIA，晶硅電池理論上的效率極限是29.4%，現(xiàn)實(shí)條件可實(shí)現(xiàn)的工程極限效率是27.1%；而在量產(chǎn)電池方面，根據(jù)CPIA預(yù)測(cè)，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。

2009年鈣鈦礦電池技術(shù)首次運(yùn)用在光伏領(lǐng)域時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%。

時(shí)至今日，鈣鈦礦實(shí)驗(yàn)室單結(jié)轉(zhuǎn)化率可達(dá)26%，理論效率可達(dá)33%，疊層理論上可到45%，遠(yuǎn)高于晶硅電池，未來(lái)有望持續(xù)上升。

早2013年，鈣鈦礦被美國(guó)《科學(xué)》（Science）雜志評(píng)為年度十大科學(xué)突破之一，并打上了“新一代太陽(yáng)能電池材料”的標(biāo)簽。但因?yàn)榉N種技術(shù)難題有待突破，發(fā)展較為緩慢。

但從2021年開(kāi)始，不斷有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用嘗試，鈣鈦礦進(jìn)入了發(fā)展的快車(chē)道。

可以說(shuō)，鈣鈦礦幾乎用10年時(shí)間，走過(guò)了太陽(yáng)能晶硅電池50年的發(fā)展歷程。

有學(xué)者表示，鈣鈦礦技術(shù)不僅可以打破晶硅電池技術(shù)轉(zhuǎn)換效率的理論“天花板”，還可以降低光伏產(chǎn)業(yè)度電成本，是唯一具有商業(yè)化應(yīng)用前景的新興光伏技術(shù)。

在此背景下，鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化前景也越來(lái)越清晰。不少中國(guó)企業(yè)更是先行一步，率先推進(jìn)鈣鈦礦電池量產(chǎn)。

隆基綠能目前擁有鈣鈦礦相關(guān)專(zhuān)利20項(xiàng)。

通威股份在今年半年報(bào)中提到，公司已全面展開(kāi)了對(duì)鈣鈦礦/硅疊層電池等前沿技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。

中來(lái)股份在回復(fù)投資者時(shí)表示，公司的鈣鈦礦疊層電池正在研發(fā)中，現(xiàn)階段重點(diǎn)在進(jìn)行與鈣鈦礦電池相匹配的底層電池的研發(fā)。

寧德時(shí)代表示，公司鈣鈦礦光伏電池研究進(jìn)展順利，正在搭建中試線。

仁爍光能的10MW鈣鈦礦疊層研發(fā)線已經(jīng)建設(shè)成功，正計(jì)劃建設(shè)150MW鈣鈦礦電池量產(chǎn)線。

晶科能源、東方日升等光伏行業(yè)的一體化龍頭企業(yè)也表示對(duì)鈣鈦礦技術(shù)的關(guān)注和研發(fā)儲(chǔ)備，聆達(dá)股份、拓日新能、京山輕機(jī)開(kāi)始布局該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化能力。新能源裝備廠商捷佳偉創(chuàng)的鈣鈦礦整線設(shè)備也進(jìn)入研發(fā)階段。

此外，協(xié)鑫科技旗下昆山協(xié)鑫光電材料有限公司（下稱(chēng)“協(xié)鑫光電”）近日宣布完成5億元人民幣B+輪融資，由淡馬錫投資、紅杉中國(guó)、IDG資本三家聯(lián)合領(lǐng)投，川流投資等機(jī)構(gòu)跟投，大股東協(xié)鑫科技持續(xù)加碼，光源資本擔(dān)任獨(dú)家財(cái)務(wù)顧問(wèn)。本輪融資將用于完善協(xié)鑫光電100MW大尺寸鈣鈦礦組件產(chǎn)線的工藝和設(shè)備開(kāi)發(fā)。

而產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快也必將讓鈣鈦礦電池快速經(jīng)受市場(chǎng)的考驗(yàn)與洗禮，促進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化迭代。

但不可否認(rèn)，鈣鈦礦電池已經(jīng)為光伏界的“新寵兒”，正在強(qiáng)勢(shì)崛起！

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