鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨著重重阻礙？

據(jù)悉，針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池高溫工作條件下運(yùn)行穩(wěn)定性差這一領(lǐng)域難題，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授袁明鑒帶領(lǐng)課題組開(kāi)展高水平國(guó)際合作研究，成功制備出兼具高能量轉(zhuǎn)換效率與高運(yùn)行穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以鈣鈦礦型（ABX3型）晶體作為吸光層材料的電池。作為新一代太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有高效率、低成本、易制備等特點(diǎn)。

鈣鈦礦電池理論效率極限遠(yuǎn)高于單結(jié)晶硅電池。普通單晶硅電池/晶體硅太陽(yáng)能電池極限轉(zhuǎn)換效率分別為24.5%/29.4%。據(jù)晶科能源和通威股份數(shù)據(jù)顯示，目前量產(chǎn)的TOPCon和HJT電池效率可分別達(dá)到25.6%以上和26.49%，接近TOPCon電池和HJT電池的理論效率極限（分別為28.7%和27.5%）。而鈣鈦礦單層電池極限轉(zhuǎn)換效率可達(dá)33%，同時(shí)，鈣鈦礦可以與其他光伏技術(shù)結(jié)合合成得到極限轉(zhuǎn)換效率更高的疊層電池，比如晶硅/鈣鈦礦疊層電池和鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池極限分別可達(dá)43%和45%。目前鈣鈦礦電池的最高效率為清華大學(xué)電機(jī)易陳誼團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的26.41%。

鈣鈦礦電池工藝方面的優(yōu)勢(shì)主要在：1）產(chǎn)業(yè)鏈流程較晶硅組件縮短：鈣鈦礦制備流程簡(jiǎn)單使工藝流程縮短，100兆瓦單一工廠從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進(jìn)入到組建成型僅需45分鐘，相較下晶硅電池工藝流程更為復(fù)雜，需要針對(duì)不同環(huán)節(jié)分別建廠，四個(gè)工廠內(nèi)分別加工硅料、硅片、電池、組件過(guò)程至少耗時(shí)3天，因此鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈制備時(shí)間優(yōu)勢(shì)明顯。2）純度要求和能耗低：晶硅需要99.9999%（6N）級(jí)別以上純度，每一塊組件需要1公斤左右的用料。硅料生產(chǎn)需要1000多度高溫，拉晶切片需要1400多度高溫，做電池的擴(kuò)散也需要800-900度的溫度，生產(chǎn)過(guò)程中能耗較高，相較而言，鈣鈦礦對(duì)雜質(zhì)低敏感，95%純度即可滿足生產(chǎn)使用需求，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程溫度不超過(guò)150度，使生產(chǎn)過(guò)程能耗極大降低。單晶光伏組件制造能耗約為1.52kWh/W，而鈣鈦礦組件的能耗成本為0.12kWh/W。

原料成本低，有望未來(lái)實(shí)現(xiàn)理論成本1元/W：鈣鈦礦電池原材料為基礎(chǔ)化工材料，原料常見(jiàn)、不含貴金屬且儲(chǔ)量豐富價(jià)格低廉。陳煒教授團(tuán)隊(duì)就國(guó)內(nèi)外鈣鈦礦電池的關(guān)鍵材料成本進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，生產(chǎn)成本理想狀態(tài)下的鈣鈦礦層成本可以實(shí)現(xiàn)10元/㎡，TCO玻璃和背電極1㎡的理想成本可以分別達(dá)到40元和10元，加上界面層和封裝的成本，累計(jì)規(guī)模為100MW的鈣鈦礦組件理想成本可以降至180元/㎡。以協(xié)鑫光電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的量產(chǎn)效率為例（約18%），該效率下每1㎡的電池的功率約為180W,有望實(shí)現(xiàn)與晶硅組件成本相當(dāng)?shù)?/span>1元/W，降本空間仍存。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化難題

在現(xiàn)階段技術(shù)路線、制備工藝并不確定的背景下，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨著重重阻礙，比如大面積效率低、穩(wěn)定性差、結(jié)晶工藝的不確定性等。

5.1大面積組件光電轉(zhuǎn)換效率低

目前鈣鈦礦電池實(shí)驗(yàn)室效率進(jìn)展迅速，但大多為1cm以下的小面積薄膜，隨著組件面積放大，電池效率不增反降。

5.2組件穩(wěn)定性差

鈣鈦礦電池吸光層的穩(wěn)定性受環(huán)境因素影響，易水解、高溫易分解、溫度變化下相變、光照和氧氣作用下發(fā)生光致分解等；內(nèi)部因素也在一定程度上造成了鈣鈦礦的不穩(wěn)定性，電極材料常用貴金屬，但金屬原子易擴(kuò)散造成吸光層分解，且鈣鈦礦材料離子特性明顯，易發(fā)生離子遷移，吸光層的碘離子也會(huì)腐蝕金屬電極。

5.3結(jié)晶工藝存不確定性

生產(chǎn)鈣鈦礦所使用的PVD、激光設(shè)備等在面板行業(yè)和傳統(tǒng)薄膜電池行業(yè)都有參照，但鈣鈦礦的結(jié)晶工藝是一個(gè)全新工藝過(guò)程，沒(méi)有類(lèi)似參照物，不確定因素也隨之增加。