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，德國柏林亥姆霍茲中心的科學(xué)家宣布鈣鈦礦疊層太陽能電池轉(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)硅基太陽能電池技術(shù)的結(jié)合。鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)類似的一大類化合物，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”。鈣鈦礦疊層太陽能電池融晶硅、薄膜電池之長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的說是將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面。這樣一來，鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池過組合的優(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。這是鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一次新的突破。

今年以來，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。也已有越來越多的國內(nèi)企業(yè)開始布局鈣鈦礦/晶硅疊層電池，并嘗試對(duì)其進(jìn)行商業(yè)化落地。

有專業(yè)人士表示，如果在未來幾年里鈣鈦礦電池的壽命和大面積效率損失問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)展快車道

鈣鈦礦太陽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。

作為新一代太陽能電池，鈣鈦礦電池的工作原理與傳統(tǒng)太陽能電池相似，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，未來有望持續(xù)上升。

早2013年，鈣鈦礦被美國《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)展的快車道。

可以說，鈣鈦礦幾乎用10年時(shí)間，走過了太陽能晶硅電池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)化前景也越來越清晰。不少中國企業(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，公司已全面展開了對(duì)鈣鈦礦/硅疊層電池等前沿技術(shù)的研究與開發(fā)。

中來股份在回復(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“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、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。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！