26.1%光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦電池誕生 鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)

• 劉明月 2023年11月20日 來源：自然 1179 76
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近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所、中國科學(xué)院光伏與節(jié)能材料重點實驗室研究員潘旭、田興友團隊與韓國成均館大學(xué)教授Nam-Gyu Park、華北電力大學(xué)教授戴松元合作

26.1%光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦電池誕生

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所、中國科學(xué)院光伏與節(jié)能材料重點實驗室研究員潘旭、田興友團隊與韓國成均館大學(xué)教授Nam-Gyu Park、華北電力大學(xué)教授戴松元合作，首次發(fā)現(xiàn)陽離子分布不均勻是影響鈣鈦礦太陽能電池性能的主要原因，并成功制備出“均勻化”的鈣鈦礦太陽能電池，獲得26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率，認(rèn)證效率為25.8%。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《自然》。

除了優(yōu)異的效率，鈣鈦礦太陽能電池制作工藝簡單、成本低。在常溫下，將幾種化學(xué)物質(zhì)混合在溶液中，再像“刷墻”一樣將溶液“刷”在襯底上，就可得到鈣鈦礦薄膜。最后加上電子傳輸層、金屬電極等功能層，一塊鈣鈦礦太陽能電池就制作完成。

“一塊鈣鈦礦太陽能電池，厚度約為1微米，相當(dāng)于一張A4紙厚度的百分之一?！迸诵窠忉屨f，薄，意味著電池本身整體重量很輕，可以疊加在現(xiàn)有的晶硅太陽能電池上;薄，意味著透光性好，可以獲取更多光能;薄，但柔性強，未來有望應(yīng)用在航天航空、可穿戴設(shè)備上。

然而，如此“完美”的鈣鈦礦太陽能電池仍然存在一些問題。比如，穩(wěn)定性差、目前戶外使用壽命僅有2年至3年、光電轉(zhuǎn)換效率提升速度明顯放緩，這些都是制約鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的核心問題，也是科研人員攻堅的難點所在。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)

近三年來，頭部鈣鈦礦企業(yè)如協(xié)鑫光電、纖納光電實現(xiàn)了百兆瓦級鈣鈦礦電池中試線的落地試產(chǎn)，晶硅行業(yè)頭部企業(yè)及跨界巨頭也紛紛布局。

從商業(yè)化角度看，多家鈣鈦礦企業(yè)已發(fā)布吉瓦級規(guī)劃，大超預(yù)期。測算，2022年、2026年鈣鈦礦組件產(chǎn)能預(yù)計分別為0.87GW、24GW，2023年有望形成超過1GW鈣鈦礦組件產(chǎn)能。

技術(shù)迭代帶來了設(shè)備公司的發(fā)展機遇，多家布局鈣鈦礦較早的主流設(shè)備廠商今年以來陸續(xù)發(fā)運設(shè)備，應(yīng)用于鈣鈦礦電池產(chǎn)線，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)。

相比晶硅電池要求99.9999%的高純度硅，鈣鈦礦純度僅需90%，且材料配方可調(diào)，來源豐富。晶硅從硅料至組件需流轉(zhuǎn)多道工藝，往往需要三天起步;

中研研究院出版的《2023-2028年中國太陽能電池行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略分析報告》顯示

光伏電池用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價格更便宜。

鈣鈦礦生產(chǎn)工藝流程溫度不超過150℃，而晶硅在鑄錠和拉晶環(huán)節(jié)都需要超過1500℃，生產(chǎn)能耗差異巨大。我們認(rèn)為，隨著雙碳戰(zhàn)略的推進，光伏電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)耗能或也列入管控范圍，屆時鈣鈦礦電池相較目前主流晶硅電池也將獲得一定比較優(yōu)勢。

當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行"陽光計劃"，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。

歐洲一些高水平的核研究機構(gòu)也開始轉(zhuǎn)向可再生能源。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的太陽能電池制造業(yè)爭相投入巨資，擴大生產(chǎn)，以爭一席之地。

在各國政策的驅(qū)動以及發(fā)電成本快速下降的推動下，光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，目前，光伏產(chǎn)業(yè)已成為我國少數(shù)具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。在全球碳達峰、碳中和的背景下，光伏行業(yè)將迎來長期發(fā)展機遇。

目前，我國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于全球領(lǐng)先地位，不僅在光伏產(chǎn)品產(chǎn)量、裝機總量、新增裝機量等方面位居全球第一，也培育了全球最完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈。目前，在光伏產(chǎn)業(yè)硅料、硅片、電池、組件四大主要環(huán)節(jié)排名前十的企業(yè)中，我國太陽能電池企業(yè)占比達到85%以上。

而鈣鈦礦生產(chǎn)流程制備工藝簡單得多，以旋轉(zhuǎn)法為例，只需將化合物溶液滴在制備好的電子傳輸層，旋轉(zhuǎn)、蒸發(fā)結(jié)晶便可制備完成，全過程可在一個工廠中完成，時間最快可以控制在一個小時之內(nèi)。當(dāng)產(chǎn)線達到GW級規(guī)模生產(chǎn)時，鈣鈦礦電池較目前已經(jīng)成熟的晶硅電池或有30%以上成本優(yōu)勢。

太陽能電池報告在公司多年研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國行業(yè)市場的發(fā)展現(xiàn)狀，通過公司資深研究團隊對太陽能電池市場各類資訊進行整理分析，并且依托國家權(quán)威數(shù)據(jù)資源和長期市場監(jiān)測的中研普華數(shù)據(jù)庫。

本報告專業(yè)!權(quán)威!報告根據(jù)行業(yè)的發(fā)展軌跡及多年的實踐經(jīng)驗，對中國行業(yè)的內(nèi)外部環(huán)境、太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展?fàn)顩r、太陽能電池市場供需、競爭格局、標(biāo)桿企業(yè)、發(fā)展趨勢、機會風(fēng)險、發(fā)展策略與投資建議等進行了分析。

據(jù)了解，該行業(yè)發(fā)展空間極大，未來太陽能電池市場現(xiàn)狀如何呢?請查看，中研研究院出版的《2023-2028年中國太陽能電池行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略分析報告》。

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