在原本沉寂的太陽能發(fā)電投資領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽能電池今年突然成為風(fēng)險(xiǎn)投資關(guān)注的焦點(diǎn)。

3月15日，中國第一大風(fēng)機(jī)制造商金風(fēng)科技宣布，以戰(zhàn)略投資者身份領(lǐng)投英國鈣鈦礦太陽能發(fā)電公司牛津光伏有限公司（Oxford PVTM）D輪融資，投資金額2100萬英鎊。

4月26日，長江三峽集團(tuán)旗下三峽資本聯(lián)合中國三峽新能源與杭州纖納光電科技有限公司（簡稱纖納光電）宣布，三峽資本以戰(zhàn)略投資者身份注資纖納光電，投資金額5000萬人民幣。這家成立不足4年的公司，目前是全球鈣鈦礦太陽能組件光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄的保持者。

所謂鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells），是利用鈣鈦礦的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代新概念太陽能電池之一，具有光電轉(zhuǎn)換效率特別高、成本低的特點(diǎn)，目前實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換率水平最高接近30%，是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率最高的太陽能電池。

不過，從全球來看，雖然鈣鈦礦太陽能電池尚處實(shí)驗(yàn)室階段，并未實(shí)現(xiàn)真正的量產(chǎn)，但隨著技術(shù)進(jìn)步，2020年量產(chǎn)的腳步已越來越近，鈣鈦礦太陽能電池有望成為光伏行業(yè)的“攪局者”。

十年磨一劍

太陽能電池是一種通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)反應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。從結(jié)構(gòu)上來看，太陽能電池一般是由很多層材料堆積起來的，其中起到光吸收作用的層叫做吸收層。太陽能電池也按照吸收層的材料特性來命名，比如晶體硅太陽能電池的吸收層就是單晶硅或者多晶硅；薄膜太陽能電池的吸收層一般是厚度幾個(gè)微米的薄膜材料；而鈣鈦礦太陽能電池的吸收層就是鈣鈦礦。

1883年，美國發(fā)明家Charles Fritts成功制造了人類第一塊太陽能電池——硒上覆薄金的半導(dǎo)體/金屬結(jié)太陽能電池, 其光電轉(zhuǎn)換效率僅約1%。1954年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室Pearson、Fuller和Chapin等人研制出了第一塊晶體硅太陽能電池，獲得4.5%的轉(zhuǎn)換效率, 開啟了利用太陽能發(fā)電的新紀(jì)元。

在最近的半個(gè)多世紀(jì)里，太陽能技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一代太陽能電池主要指單晶硅和多晶硅太陽能電池，其在實(shí)驗(yàn)室的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)分別達(dá)到25%和20.4%；第二代太陽能電池主要包括非晶硅薄膜電池和多晶硅薄膜電池；第三代太陽能電池主要指具有高轉(zhuǎn)換效率的一些新概念電池, 如鈣鈦礦電池、染料敏化電池、量子點(diǎn)電池以及有機(jī)太陽能電池等。

其中，鈣鈦礦太陽能電池的進(jìn)展最受人關(guān)注。需要解釋的是，鈣鈦礦（Perovskite）材料是以俄國礦物學(xué)家列維·佩羅夫斯基（Lev Perovski）的名字命名。最早被發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦材料是鈣與鈦的復(fù)合氧化物。后來，鈣鈦礦的概念有了很大的延展，它已經(jīng)不特指鈣鈦復(fù)合氧化物，而用來泛指一系列具有ABX3化學(xué)式的化合物，在這里，A可以是甲氨基等有機(jī)分子基團(tuán)，而B可以是鉛原子（也可以是錫原子），X則一般含有鹵素原子。

在太陽能電池領(lǐng)域，一般使用的是有機(jī)無機(jī)復(fù)合的鈣鈦礦。鈣鈦礦一般是作為太陽能電池的吸收層來使用，在接受太陽光的照射以后，鈣鈦礦吸收了光子以后會產(chǎn)生電子——空穴對。電子帶負(fù)電，而空穴可以看成是帶正電。當(dāng)陽光照射到這些電子——空穴對上時(shí)就形成了光電流。

最早將鈣鈦礦應(yīng)用到電池上的是日本橫濱大學(xué)教授Akihiro Kojima。2009年，他首次將有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物（CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3）制成吸光層用到染料敏化太陽能電池，得到3.8%的轉(zhuǎn)換效率，后來由于液態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料很快分解，從而使電池效率很快衰減。但是研究人員很快意識到鈣鈦礦既善于吸收陽光，還能運(yùn)送電荷。

就這樣，鈣鈦礦太陽能電池誕生了。

穩(wěn)定性成瓶頸

經(jīng)過十年的發(fā)展，鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高達(dá)27%，在太陽能電池行業(yè)遙遙領(lǐng)先。

換句話說，以鈣鈦礦為原料制造的太陽能電池可以將大約1/4的太陽光直接轉(zhuǎn)化為電能。

從光電轉(zhuǎn)化率提升速度來看，鈣鈦礦也具有明顯優(yōu)勢。以目前市場份額最高的多晶硅太陽能電池為例。1985年，多晶硅太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率為15％左右，在2004年達(dá)到20.4％；而后其轉(zhuǎn)化率雖略有提升，但微乎其微。

對比之下，2009年鈣鈦礦太陽能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率為3.8%，如今實(shí)驗(yàn)室小面積器件（面積大小在幾平方毫米）轉(zhuǎn)化率在22%～23％，效率提升速度驚人，目前仍在繼續(xù)提升中。

從全球來看，英國牛津光伏公司的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率居于領(lǐng)先地位。其推出的鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了28%的世界紀(jì)錄，這也超過了26.7%的單晶硅電池效率紀(jì)錄。同時(shí)，牛津光伏公司的鈣鈦礦疊層電池技術(shù)路線圖顯示，其光電轉(zhuǎn)化效率將超過30%。

需要注意的是，目前，轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦太陽能電池的尺寸均為實(shí)驗(yàn)室級別，但隨著電池尺寸的增加，其光電轉(zhuǎn)換效率會隨之下降。

從成本來看，鈣鈦礦太陽能電池由于材料吸光能力強(qiáng)、對雜質(zhì)不敏感和生產(chǎn)工藝能耗低，其綜合成本大大降低。