我國鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展情況

（一）鈣鈦礦技術(shù)概述

鈣鈦礦（perovskite）是指以俄國地質(zhì)學(xué)家Lev Perovski名字命名的一類具有ABX3結(jié)構(gòu)的礦物化合物（如CaTiO3），而具有光伏效應(yīng)的鈣鈦礦材料主要是一類具有相同晶體結(jié)構(gòu)的雜化金屬鹵化物鈣鈦礦。鈣鈦礦太陽電池（PerovskiteSolar Cells-PSC）是指使用“有機-無機雜化金屬鹵化物”作為光敏層的一類薄膜太陽電池。由于所使用的光敏材料與鈣鈦復(fù)合氧化物（CaTiO3）具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，所以被稱為“鈣鈦礦太陽電池”。

（二）技術(shù)研發(fā)進展

1.光電轉(zhuǎn)換效率

截至2024年5月，鈣鈦礦-晶硅疊層太陽電池的世界最高紀(jì)錄效率為33.9%（面積：1.0044 cm2），由隆基綠能（LONGi）創(chuàng)造；鈣鈦礦-晶硅疊層小組件的世界最高紀(jì)錄效率為28.6%（面積：258.14 cm2），由英國牛津光伏（Oxford PV）保持；鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層電池的世界最高紀(jì)錄效率為29.1%（面積：0.0489 cm2），由南京大學(xué)和仁爍光能（NanjingU/Renshine）保持；鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層大面積電池的世界最高紀(jì)錄效率為28.2%（面積：1.038 cm2），由南京大學(xué)和仁爍光能保持；鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層微型組件的世界最高紀(jì)錄效率為24.5%（面積：20.25 cm2），也由南京大學(xué)和仁爍光能保持。

2.鈣鈦礦電池穩(wěn)定性

鈣鈦礦商業(yè)化組件的穩(wěn)定性也得到了大幅提升。2022年杭州纖納1.2m′0.6m的鈣鈦礦組件經(jīng)德國電氣工程師協(xié)會（VDE）權(quán)威認證，通過了IEC61215、IEC61730穩(wěn)定性全體系測試。2023年極電光能1.2m′0.6m的鈣鈦礦組件經(jīng)德國萊茵認證公司TUV權(quán)威認證，獲得了首張IEC61215、IEC61730的商用證書。

事實上，在鈣鈦礦太陽電池效率和穩(wěn)定性的研究上，科研人員并沒有或者沒法同步提升效率和穩(wěn)定性，即高效率不代表穩(wěn)定性也高，高穩(wěn)定性電池不代表效率也高，大多情況下效率和穩(wěn)定性無法兼顧，因而需要協(xié)同提升鈣鈦礦太陽電池的效率和穩(wěn)定性是業(yè)界新課題。在鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化進程中，大面積、規(guī)?；慨a(chǎn)的鈣鈦礦商業(yè)化組件在“穩(wěn)效協(xié)同”（即效率和穩(wěn)定性同步提升）上需要取得新突破。

（三）國內(nèi)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進展

產(chǎn)能不斷擴大。截止2024年3月底，國內(nèi)已有纖納光電、協(xié)鑫光電和極電光能3家百兆瓦級鈣鈦礦產(chǎn)線通線。仁爍光能、萬度光能、曜能科技、脈絡(luò)能源4家公司百兆瓦級鈣鈦礦中試線已陸續(xù)建成。此外，多家鈣鈦礦公司正在建設(shè)中試線以及更多的實驗室小試線建成或在建。隆基綠能、晶科能源、通威、正泰新能、天合光能、阿特斯等晶硅電池企業(yè)依托晶硅太陽電池的技術(shù)優(yōu)勢，選擇鈣鈦礦-晶硅疊層太陽電池路線，突破晶硅太陽電池的效率限制。寧德時代、比亞迪、京東方等上市公司也有布局鈣鈦礦行業(yè)，進行相關(guān)技術(shù)和專利儲備。

組件邁進商業(yè)化門檻。2023年，鈣鈦礦光伏標(biāo)準(zhǔn)組件也實現(xiàn)了歷史性的跨越，向大規(guī)模商業(yè)化邁出了一大步。纖納光電、協(xié)鑫光電、極電光能均有標(biāo)準(zhǔn)鈣鈦礦組件發(fā)電項目竣工發(fā)電。11月底，三峽集團鄂爾多斯1MW鈣鈦礦電站并網(wǎng)。這些項目將為鈣鈦礦標(biāo)準(zhǔn)組件實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗。

持續(xù)有新入局者。2023年6月，中國核電審議通過了《關(guān)于柔性、剛性鈣鈦礦商業(yè)級中試產(chǎn)線研發(fā)科研項目立項的議案》，2023年將重點加速鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進程。2023年11月，顯示面板龍頭京東方啟動鈣鈦礦光伏項目，正式進軍光伏行業(yè)；2023年11月，比亞迪在投資者關(guān)系活動發(fā)布中介紹旗下光伏業(yè)務(wù)時，提到"比亞迪已積極布局了鈣鈦礦電池技術(shù)"。

持續(xù)受資本市場看好。不同于宏觀市場環(huán)境表現(xiàn)，鈣鈦礦光伏企業(yè)持續(xù)受資本市場追捧，2023年全年至少有7家鈣鈦礦企業(yè)完成新一輪股權(quán)融資。

（四）存在的主要問題

1.產(chǎn)品穩(wěn)定性及商業(yè)化待驗證鈣鈦礦的穩(wěn)定性是各界普遍關(guān)心的問題。早期的鈣鈦礦器件穩(wěn)定性較差，但近幾年得到了極大的提升。學(xué)術(shù)界對影響鈣鈦礦穩(wěn)定性的原因有了比較深入的理解，并針對性地提出了各種解決方案。但學(xué)術(shù)界提出的解決方案需要更多的實驗進行驗證；在工程上，如何把學(xué)術(shù)界提出的方案應(yīng)用到工程之中需要大量的二次開發(fā)工作。2023年，頭部企業(yè)陸續(xù)展開鈣鈦礦電站野外實證數(shù)據(jù)的收集，預(yù)計2024-2025年將會有更多的野外數(shù)據(jù)對鈣鈦礦產(chǎn)品穩(wěn)定性提供驗證支撐。

2.產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展不成熟鈣鈦礦組件的生產(chǎn)制造需要成熟的專門設(shè)備。目前，用于大面積鈣鈦礦組件制備的設(shè)備都是從其它領(lǐng)域移植過來的，還沒有完成與鈣鈦礦相關(guān)制造技術(shù)的融合。未來，應(yīng)該基于鈣鈦礦生產(chǎn)涉及到的材料和工藝技術(shù)開發(fā)出成熟的專用設(shè)備。

3.鈣鈦礦的效率測試及功率標(biāo)定問題首先，國際認證機構(gòu)對光伏電池（組件）測試的面積定義僅限三種：全面積、孔徑面積和限定輻照面積。全面積與孔徑面積一般在成熟商業(yè)化組件的測試中采用。而鈣鈦礦的效率認證普遍采用限定輻照面積法來進行電池和組件的測試。但行業(yè)內(nèi)仍有不少第三方認證機構(gòu)采用的是“去死區(qū)”的方法，造成因組件死區(qū)面積比例不同造成的測試結(jié)果偏差和應(yīng)用效果偏差。

其次，兩個國際權(quán)威的圖表只承認所謂的“穩(wěn)態(tài)效率”，而穩(wěn)態(tài)效率的測試非常復(fù)雜，無法在生產(chǎn)線上推廣使用；光伏行業(yè)最常用的功率檢測手段“IV掃描法”對于鈣鈦礦組件而言，測量結(jié)果對測量條件（掃描方向、掃描速度等）過于敏感，給準(zhǔn)確的功率標(biāo)定造成了很大的困難。因此需要學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、設(shè)備方聯(lián)手，制定一種可靠、快捷的組件電學(xué)參數(shù)檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn)。

第三，鈣鈦礦組件的弱光性能和溫度系數(shù)均優(yōu)于晶硅。在相同條件下，鈣鈦礦組件發(fā)電量高于晶硅。在測試過程中如果按照原來晶硅組件的測試標(biāo)準(zhǔn)，會導(dǎo)致鈣鈦礦組件的測試結(jié)果誤差較大。因此，建立一套新的標(biāo)準(zhǔn)來標(biāo)注鈣鈦礦組件功率顯得至關(guān)重要。

4.量產(chǎn)組件的效率與穩(wěn)定性需要協(xié)同提高隨著組件面積的放大，其光電轉(zhuǎn)換效率明顯降低，而且這些高效率電池和組件基本無法保證其穩(wěn)定性。如何制備同時具有高效率和高穩(wěn)定性的大面積鈣鈦礦組件，即“穩(wěn)效協(xié)同”的量產(chǎn)組件，是各界普遍關(guān)注的問題，也是鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵問題。

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