鈣鈦礦技術不僅可以打破晶硅電池技術轉換效率的理論“天花板”，還可以降低光伏產業度電成本，是唯一具有商業化應用前景的新興光伏技術。

通過鈣鈦礦材料涂層就可以輕松獲取和轉化太陽能量，綠色能源讓世界清潔明亮，切片太陽能電池已成為久遠的往事……國內一位光伏科學家曾這樣描繪光伏電池的未來。

鈣鈦礦太陽能電池，這個名字在今年的光伏行業聲名鵲起。高效率、低成本、易制備，它以十年的時間走完晶硅太陽能電池近半個世紀的發展之路，成為第三代光伏技術的焦點。可以說，鈣鈦礦技術不僅可以打破晶硅電池技術轉換效率的理論“天花板”，還可以降低光伏產業度電成本，是唯一具有商業化應用前景的新興光伏技術。

鈣鈦礦是晶硅太陽能電池的“顛覆者”？這樣的論調是言之過早，還是大勢所趨？或許行業內早已有了答案。今天，請跟隨《中國科技信息》一起來聊一聊“鈣鈦礦電池“這個話題。

第三代高效薄膜電池的代表

在動畫片《中華小當家》有一道美食“面非面”，它的意思是以不是面的食材來表現“面”，而非單純地改變面的形狀，尤其指的是用小麥粉(面粉）以外的材料做出來的面。而這道“面非面”就與今天要聊的話題“鈣鈦礦”有著異曲同工之妙。

光伏領域的“鈣鈦礦”，其實和鈣、鈦、礦三個字都沒什么關系，指的是一類與鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結構類似的“ABX3”化合物。鈣鈦礦電池命名取自俄羅斯礦物學家Perovski的名字，結構可以用ABX3表示，在鈣鈦礦光伏中，A位通常為有機陽離子所占據（近年全無機也成為了研究熱點），B位為鉛離子Pb2+或亞錫離子Sn2+，而X位為鹵素陰離子。若A位由兩種陽離子混合，或X位由兩種鹵素陰離子占據時，則特稱為混合型鈣鈦礦。

簡而言之，鈣鈦礦材料不是指用狹義的“鈣鈦礦”做的材料，而是具有某種特定結構的材料之總稱。事實上，元素周期表中90%的金屬元素都可以成為鈣鈦礦的A或B離子。這三種離子通過不同的排列組合可以呈現出許多物理特性，其中最值得關注的就是“超導電性”。劍橋大學物理學家山姆·斯特蘭克斯曾說過，“這些鈣鈦礦比硅更能吸收陽光，我們可以用至少比硅薄一百倍的鈣鈦礦薄膜吸收幾乎所有的陽光。”

而物理學家所提出的鈣鈦礦薄膜的特性，也決定了其在發光、光伏和光探等各個領域的廣泛應用。鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是利用鈣鈦礦結構材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代高效薄膜電池的代表。

“鈣鈦礦”已經來到商業化的前夜

在梳理清楚鈣鈦礦的基本概念之后，不妨來了解一下它的那些備受矚目的優勢：鈣鈦礦電池具有高效率、低成本、高柔性等優勢；電池材料成本低，結構簡單，制造工藝流程短，生產能耗低，是未來光伏BIPV、電動汽車移動發電電源領域的明星材料。

首先，對于光伏行業而言，無論何種技術，轉化效率潛能的天花板決定了一項技術是否具有發掘潛力。2009年第一個鈣鈦礦電池被生產出來時，其轉換效率僅有3.8%；十年后的2019年，這一數字就已經超過25%，至少在實驗室達到了晶硅電池的水平，遠勝于如碲化鎘或銅銦鎵硒等薄膜電池。2022年，鈣鈦礦光電轉換效率更創下新高。暨南大學新能源技術研究院麥耀華教授團隊經過獨立第三方認證效率超過36%的大面積鈣鈦礦室內光伏組件，為當前已報道鈣鈦礦室內光伏組件世界最高轉換效率。而這種發展速度的背后，得益于上面提到的鈣鈦礦材料遠強于晶硅的吸光性能，能量轉換過程中的極低能量損失，也與其覆蓋光譜范圍寬的特征有關。

其次，鈣鈦礦的低成本得益于鈣鈦礦光伏電池原材料本身。鈣鈦礦使用的主要是碳、氫、氮、鉛和碘等幾種主流元素，本身在地球上都有大量分布，價格也很便宜。同時，由于光吸收能力強，材料的用量非常低，鈣鈦礦組件中鈣鈦礦層厚度大概是0.4um，而晶硅組件中的硅片厚度通常為180um，差了40-50倍。占比最多的是電極材料，達37%。鈣鈦礦材料成本占比僅為5%，玻璃、靶材等占到另外的60%以上，鈣鈦礦組件未來仍有較大的降本空間。

可以說，鈣鈦礦若能完全推廣開來，將對我國光伏行業來說是一個非常重要的方向和機會。2022年8月，科技部等九部門印發《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022―2030年)》，提出研發高效硅基光伏電池、高效穩定鈣鈦礦電池等技術，鈣鈦礦技術進入被國家支持的范圍。良好的行業發展前景，利好政策以及資本熱捧之下，兆瓦級規模的鈣鈦礦生產線開始投產運行，企業的紛紛入局，讓鈣鈦礦技術已經來到商業化的前夜。

依然處于試驗階段 期待爆發式增長

進入2023年，我國鈣鈦礦領域正迎來新一輪的機遇。在學術方面，我國鈣鈦礦太陽能電池研發團隊齊發力，產研結合探索最具競爭力和性價比的技術路線，專利申請數占全球68%。不過，在制備工藝方面，目前空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層、電極層等薄膜仍存在干法和濕法工藝之間的競爭。

產業方面，當前鈣鈦礦電池已由研發階段步入中試線投建階段。近兩年鈣鈦礦領域投資額已破百億，資本注入有望加速產業技術突破，產業化進程在持續加速中。一方面，本土鈣鈦礦設備廠商訂單先行，部分已成功交付，本土鈣鈦礦太陽能電池生產廠商效率不斷突破，融資進展順利，紛紛布局中試線。例如，長城旗下的極電光能宣布150MW鈣鈦礦光伏生產線正式投產運行，是全球目前已投產且產能最大的鈣鈦礦光伏生產線。協鑫光電、纖納光電也有望在2023年各招標鈣鈦礦電池1GW。

截止至2022年11月，中國光伏電池累計產量為30178萬千瓦，同比增長44.1%。預計鈣鈦礦大規模量產后單GW設備投資額將降低至5億元/GW，相較于晶硅電池全產業鏈設備的投資額具有顯著降本空間。同時，鈣鈦礦電池適用于大型電站，未來也有望廣泛適用于光伏建筑一體化場景。

總體來看，鈣鈦礦光伏電池目前依然處于試驗階段，主要頭部廠商目前皆在搭建中試線，為未來量產進行技術試驗與儲備。預計在2026年鈣鈦礦光伏電池將完成技術細節的開發、產業設備的完善以及制備工藝的試驗，有望進入量產階段，迎來爆發式增長。