鈣鈦礦，會革晶硅電池的命嗎？

近年來，鈣鈦礦材料正迅速成為太陽能領域的一種熱門候選材料。不過它的主要缺點之一，就是容易在陽光直射下，其性能會隨著時間的流逝而退化。據(jù)報道，來自美國、中國和韓國的科學家組成一支研究團隊，研發(fā)成功一種可用于鈣鈦礦光伏面板的新涂層，特點是能夠提升其在陽光下的穩(wěn)定性?？蒲袌F隊在材料表明沉積一層有機離子，使表面帶負電，再讓帶正電的離子與表面帶負電的離子配對，這使表面電子變得更中性且穩(wěn)定。測試結(jié)果表明，這些電池能在2000多個小時內(nèi)保持最初光電轉(zhuǎn)化效率的87％。相比之下，在同樣條件下，經(jīng)歷相同時間后，未經(jīng)處理的太陽能電池性能下降到原來的65％。

該研究為鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)商業(yè)化和廣泛采用奠定了基礎。作為目前主流的光伏技術(shù)，晶硅光伏發(fā)電效率已越來越接近極限。鈣鈦礦作為一種人工合成材料，在2009年首次被嘗試應用于光伏發(fā)電領域后，因為性能優(yōu)異、成本低廉、商業(yè)價值巨大，被《科學》（Science）期刊評為年度十大突破性科技進展之一。

一米寬兩米長的鈣鈦礦電池組件

目前鈣鈦礦電池成為研發(fā)熱點，鈣鈦礦電池或?qū)⒃?年之后，成為真正具有市場競爭力的一股光伏新勢力，如果各項技術(shù)參數(shù)能獲得進一步突破，鈣鈦礦取代晶硅也不是不可能。鈣鈦礦電池目前取得的進展如下所示：

1、鈣鈦礦電池效率獲得突破

如上圖所示，鈣鈦礦用了大概10年左右的時間，將轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8%提升至目前超過25%的實驗室效率記錄，趕上了過去晶硅四五十年的發(fā)展。

2、鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈短，投資成本低

對于晶硅來說，硅料、拉晶、切片、電池、組件需要四個以上不同工廠生產(chǎn)加工，倘若所有環(huán)節(jié)無縫對接，一片組件完工最快也需要一個多月的時間；而100兆瓦的鈣鈦礦組件，從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進入，到組件成型，總共只需45分鐘。

以1GW產(chǎn)能投資來對比，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來，需要大約9億、接近10億元的投資規(guī)模，而鈣鈦礦1GW的產(chǎn)能投資，在達到一定成熟度后，約為5億元左右，是晶硅的1/2。

3、鈣鈦礦用量少

晶硅組件中的硅片，厚度通常為180微米，而鈣鈦礦組件中，鈣鈦礦層厚度大概是0.3微米，這里有三個數(shù)量級的差異。

目前全球晶硅電池每年大概需要60萬噸太陽能級硅料，倘若把這60萬噸硅料完全替換成鈣鈦礦，大概1000噸就可以滿足需求，所以，鈣鈦礦原料沒有任何瓶頸，一是用量少，二是不存在稀缺性。

4、鈣鈦礦電池生產(chǎn)成本低

1、每1瓦單晶組件制造的能耗，大約是1.52KWh，而鈣鈦礦組件能耗為0.12KWh，單瓦能耗只有晶硅的1/10；

2、單片組件成本結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦占比約為5%，玻璃、靶材等占到另外的2/3，總成本約為5毛到6毛錢左右，是晶硅組件極限成本的50%。

5、鈣鈦礦穩(wěn)定性獲得突破

單質(zhì)硅為原子晶體，要想獲得單晶硅片，需要將多晶硅料加熱到1410度，才能將硅料熔接，再通過CZ直拉單晶的方法獲得單晶硅棒，因此晶硅電池非常穩(wěn)定。

鈣鈦礦是一種六方晶的離子晶體結(jié)構(gòu)，它的分解溫度大概是攝氏200度-300度。由于生成溫度相對較低，之前鈣鈦礦電池不穩(wěn)定，衰減大，但時至今日，鈣鈦礦穩(wěn)定性一點都不比晶硅差。因為太陽能電池在地球表面使用，溫度很難超過75度-85度這個區(qū)間，所以，兩三百度足夠用，而1400度則成為一個巨大冗余。

2016年，有高校針對一塊巴掌大小的鈣鈦礦組件做了一個實驗——在標準光源下，讓該組件連續(xù)工作12000個小時，結(jié)果沒有任何衰減。

因為不同的封裝，會帶來不同的衰減效果，2020年，協(xié)鑫納米圍繞封裝又進行了一系列工作和實驗，發(fā)現(xiàn)對于封裝不好的組件，很快就會衰減，但良好封裝的組件，在雙85（85℃、85%RH）條件下，2000個小時之內(nèi)沒有任何衰減。

這一年年底，一個更有力量的實驗數(shù)據(jù)也表明鈣鈦礦的競爭力。在晶硅IEC61215標準下，鈣鈦礦組件連續(xù)工作9000個小時沒有任何衰減，可以明確說，這個結(jié)果，同樣沒有任何一種晶硅能夠達到。

參考文獻：協(xié)鑫納米范斌：5年后，鈣鈦礦崛起