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1839年，在俄羅斯烏拉爾山脈，德國(guó)礦物學(xué)家GustavRose發(fā)現(xiàn)了礦物質(zhì)鈦酸鈣CaTiO3，之后俄國(guó)礦物學(xué)家Lev Alekseyevich von Perovski將其命名為“Perovskite”。后來(lái)ABO3型氧化物的簡(jiǎn)單鈣鈦礦被廣泛研究， 于是人們以“perovskite”一詞來(lái)描述龐大的鈣鈦礦家族及其衍生化合物。

【資料圖】

目前光伏領(lǐng)域的鈣鈦礦材料是指具有半導(dǎo)體特性的鹵素鈣鈦礦材料ABX3。其中A為有機(jī)陽(yáng)離子，B為金屬離子，X為鹵素基團(tuán)。該結(jié)構(gòu)中，金屬B原子位于立方晶胞體心處，鹵素X原子位于立方體面心，有機(jī)陽(yáng)離子A位于立方體頂點(diǎn)位置。相比于以共棱、共面形式連接的結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有利于缺陷的擴(kuò)散遷移。

鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池（perovskite solar cells），是利用全固態(tài)鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池，也稱作新概念太陽(yáng)能電池。鈣鈦礦材料是ABX3型八面體結(jié)構(gòu)，原材料儲(chǔ)量豐富，可廣泛由人工合成；鈣鈦礦材料具備高光電吸收系數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、淺缺陷能級(jí)，多方面促成鈣鈦礦光電損失小。

鈣鈦礦電池具備光電損失小、帶隙可調(diào)節(jié)特點(diǎn)， 疊加疊層技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)接近兩倍晶硅電池效率，未來(lái)應(yīng)用潛力極大。根據(jù)Shockley-Queisser極限，單結(jié)太陽(yáng)能電池吸光材料的禁帶寬度在1.34eV時(shí)，其理論光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)最高的33.7%，典型的甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)鈣鈦礦帶隙為1.55eV，接近最優(yōu)帶隙，單結(jié)效率上限可達(dá)30%以上。目前鈣鈦礦最高單結(jié)效率已達(dá)到25.7%。

鈣鈦礦組件生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，可在45分鐘內(nèi)將化工原料、玻璃、靶材、膠膜在單一工廠加工為組件， 目前GW級(jí)別晶硅組件產(chǎn)能投資需要7.5億元，鈣鈦礦組件投資需5-7億元，略低于晶硅。同時(shí)鈣鈦礦電池也能夠有效降低組件生產(chǎn)成本，以協(xié)鑫光電為例，GW級(jí)別量產(chǎn)，鈣鈦礦材料占比3.1%，組件成本<1.0元/W，5-10GW級(jí)別量產(chǎn)，組件成本可降至0.5-0.6元/W。

鈣鈦礦電池目前研究進(jìn)展主要分為單結(jié)電池和多結(jié)疊層電池。鈣鈦礦單結(jié)電池不需要依托PN結(jié)就能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅有五層；由于鈣鈦礦帶隙可調(diào)節(jié)，因此可以搭配其他半導(dǎo)體材料進(jìn)行疊層，疊層后的多結(jié)電池可以覆蓋大部分帶隙，實(shí)現(xiàn)光子全方位吸收，實(shí)現(xiàn)電池效率成倍增長(zhǎng)。

其中疊層電池由于理論效率更高，更有發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳爸髁麾}鈦礦疊層技術(shù)為：鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層、鈣鈦礦/ CIGS疊層，由于鈣鈦礦/晶硅疊層具備底電池（晶硅電池）技術(shù)成熟穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，在諸多疊層中研究進(jìn)展最快，實(shí)驗(yàn)室效率領(lǐng)先。兩端疊層方式，是指子電池通過(guò)互聯(lián)界面串聯(lián)，僅需一個(gè)透明電極，成本較低，在工藝方面具備發(fā)展前景。

疊層的結(jié)數(shù)越多，理論上可以獲得更高的效率，但是考慮到成本，目前兩結(jié)疊層電池為主要應(yīng)用方向；鈣鈦礦/晶硅疊層和鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層的電池效率較高，分別為32.5%和28%，成為目前疊層電池研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)，鈣鈦礦/CIGS 疊層電池效率也獲得了很大提升，成為下一代光伏電池很有潛力的競(jìng)爭(zhēng)者。

對(duì)于許多有硅技術(shù)積累的公司來(lái)說(shuō)，晶硅疊加鈣鈦礦是一個(gè)既能利用原有產(chǎn)線和技術(shù)積累、又能降本增效的路線。相較與Topcon 疊層，鈣鈦礦與 HJT疊層更合適，需要做的改造更少，同時(shí)鈣鈦礦/HJT 疊層電池為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出超高電壓，提高轉(zhuǎn)換效率。目前HJT-鈣鈦礦疊層電池實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換效率目前已達(dá)到 31.3%。

目前國(guó)內(nèi)廠商在鈣鈦礦領(lǐng)域的進(jìn)展迅速，具體包括：

杭蕭鋼構(gòu)：2022 年底投產(chǎn)首條 100MW 晶硅薄膜+鈣鈦礦疊層電池中試線

華晟新能源：已完成HJT-鈣鈦礦中試線，實(shí)現(xiàn)M6大面積疊層均勻制備

通威股份 ：鈣鈦礦實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建立完成，首塊鈣鈦礦電池有望年內(nèi)下線

寶馨科技：計(jì)劃2年內(nèi)完成 100MW 鈣礦或 HJT-鈣鈦礦疊層電池產(chǎn)線

曜能光電：2022 年下半年開始建設(shè)中試車間，預(yù)計(jì) 2023 年建成

隆基綠能：公布鈣鈦礦-異質(zhì)結(jié)疊層電池專利

天合光能：正在開展鈣鈦礦/晶硅兩端疊層太陽(yáng)電池的設(shè)計(jì)、制備研究

黑晶光電：串聯(lián)型鈣鈦礦/PERC疊層電池達(dá)到目前該類電池的最高光電轉(zhuǎn)換水平

奧聯(lián)電子：計(jì)劃2023 年50MW鈣礦中試線投產(chǎn)，2024 年600MW 鈣礦裝備和120MW 礦電池組件生產(chǎn)線投產(chǎn)

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