近日，我國科研團隊又取得了新的突破，找到了全鈣鈦礦疊層太陽能電池性能提升新途徑。

根據武漢大學官方消息，北京時間11月9日凌晨，Nature（《自然》雜志）在線發(fā)表了武漢大學物理科學與技術學院柯維俊、方國家團隊關于全鈣鈦礦疊層太陽能電池的最新研究成果。論文題目為《天冬氨酸鹽一體化摻雜策略實現(xiàn)高效全鈣鈦礦疊層電池》。據悉，這是該科研團隊經過長期探索研究，取得的最新進展�？戮S俊教授、方國家教授團隊非常具有前沿性的提出天冬氨酸鹽酸鹽一體化摻雜策略，從而有效提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，為進一步提升電池性能找到新的方向。

全新技術突破

由于具備高光電轉換效率和較低的生產成本，目前鈣鈦礦電池的發(fā)展十分迅速，正在光伏領域醞釀全新的一場技術革命。

查閱相關資料可知，新型金屬鹵化物鈣鈦礦作為一種晶體材料，有著簡單的制備工藝，高吸收系數(shù)和高缺陷容忍度和載流子擴散長度長等優(yōu)勢。因此，其被認為是最具發(fā)展前景的光伏材料之一。目前，單節(jié)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經與傳統(tǒng)硅基電池相當，想要提升效率越來越艱難。

但是，全鈣鈦礦疊層電池卻可以突破單結太陽能電池的肖克利-奎伊瑟效率極限，理論效率可達44%。與此同時，全鈣鈦礦疊層電池的性能還尚待挖掘，潛力無窮。據了解，全鈣鈦礦疊層電池由頂部的寬帶隙鈣鈦礦子電池和底部的窄帶隙鈣鈦礦子電池一體化疊加組成。論文通訊作者之一、武漢大學物理科學與技術學院教授柯維俊表示，由于窄帶隙鈣鈦礦子電池的性能不夠優(yōu)越，導致全鈣鈦礦疊層電池很難實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應用。

同時，如何抑制窄帶隙鈣鈦礦子電池中不穩(wěn)定的二價錫金屬離子自發(fā)氧化也是行業(yè)內的共同挑戰(zhàn)之一。根據該項研究結果表明，天冬氨酸鹽酸鹽可以有效抑制二價錫金屬離子氧化，減少有害的四價錫雜質。

面對行業(yè)內的共同挑戰(zhàn)，方國家、柯維俊團隊通過天冬氨酸鹽一體化摻雜策略同時提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)效率27.62%（第三方權威認證效率27.34%）。據悉，這是目前世界最高的兩端全鈣鈦礦疊層電池效率之一。

在此項研究中，方國家、柯維俊團隊將天冬氨酸鹽酸鹽(AspCl)引入到底部空穴傳輸層、鈣鈦礦體吸光層和上界面層中，開發(fā)了一種采用同一分子處理的一體化摻雜策略。不僅將鈣鈦礦薄膜的質量進行改善，而且還讓鈣鈦礦材料的性能和穩(wěn)定性有了進一步的提升，對于促進光電領域的發(fā)展有著極其深遠的影響。

鈣鈦礦企業(yè)布局

目前，鈣鈦礦電池正在成為全球光伏行業(yè)發(fā)展的又一突破性關注點之一。作為新興的第三代光伏技術，自面世以來，短短十幾年內光電轉換效率實現(xiàn)了飛速提升。在之這樣的情況之下，鈣鈦礦技術在各產業(yè)內掀起了一輪又一輪的投資高潮。

目前，協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能100MW產線已建成投產，眾能光電、光晶能源等眾多企業(yè)已開啟100MW產線建設，預計2023年年底建成。

光伏行業(yè)作為以降本增效為主旋律的行業(yè)，鈣鈦礦的高轉換效率無疑引發(fā)眾多企業(yè)的追捧，鈣鈦礦技術的發(fā)展越來越如日中天，國內的協(xié)鑫光電、極電光能、纖納光電等光伏企業(yè)都在鈣鈦礦領域完成了多輪融資。與此同時，鈣鈦礦領域的各技術研發(fā)效率正在不斷突破當中，多項記錄也在不斷的被刷新當中。

不得不提的就是專門從事鈣鈦礦光伏、鈣鈦礦光電產品研發(fā)和制造的極電光能。自從布局鈣鈦礦領域以來，極電光能生產的組件效率不斷提高，鈣鈦礦量產化技術也開始走向成熟。

2023年7月，在美國國家可再生能源實驗室（NREL）發(fā)布的最新版“Champion Module Efficiencies”光伏組件效率世界紀錄圖中，極電光能18.6%（809.9cm²）大尺寸鈣鈦礦組件穩(wěn)態(tài)效率被收錄其中。在面積放大的同時還能保持高轉換效率，也說明極電光能量產化技術的領先性。

11月8日，極電光能獲全球權威認證檢測機構TÜV南德頒發(fā)鈣鈦礦組件認證證書，這是繼今年4月300x300mm小試組件通過IEC61215(2021版)標準認證后，再一次在1200x600mm商用鈣鈦礦組件上通過IEC 61215、IEC 61730標準認證，極電光能也成為第一家獲得TÜV南德證書的鈣鈦礦光伏組件企業(yè)。

得益于自主開發(fā)的鈣鈦礦量產技術，極電光能在各個級別的商用尺寸組件上均取得了突破性進展，轉換效率不斷刷新記錄。除此之外，極電光能在組件穩(wěn)定性方面也取得了出色的表現(xiàn)，極電光能的30*30cm²鈣鈦礦組件已經通過IEC61215 2021版認證，0.72m²鈣鈦礦量產組件的認證測試也正在推進中。

與此同時，協(xié)鑫光電的表現(xiàn)也值得關注。作為專注于鈣鈦礦太陽能組件的研發(fā)、生產的光伏企業(yè)，協(xié)鑫光電已經建成100 MW鈣鈦礦太陽能電池生產線。

在技術成就方面，早在2019年，協(xié)鑫光電就完成了尺寸為45cm×65cm的鈣鈦礦組件效率認證，目前效率已經提升至17%，這是目前為止全球面積最大、組件效率認證最高的鈣鈦礦組件。

公開消息顯示，2020年，協(xié)鑫光電開始建設全球第一條100MW鈣鈦礦光伏組件量產線，并于2021年9月建設完成。2022年5月，協(xié)鑫光電宣布完成數(shù)億元人民幣B輪融資，此次融資將用于進一步完善協(xié)鑫光電100MW鈣鈦礦生產線和工藝。據協(xié)鑫光電預計，在工藝和產能穩(wěn)定后，公司大尺寸鈣鈦礦組件（1m×2m）轉換效率已超過16%，預計2023年底將突破18%。

總之，作為國內最早從事鈣鈦礦組件生產線開發(fā)的企業(yè)之一，協(xié)鑫光電在鈣鈦礦大尺寸的轉換效率和量產上處于行業(yè)的領先位置。

另外，像是光伏頭部企業(yè)也在鈣鈦礦領域有著相關布局。諸如隆基綠能、天合光能、通威股份等光伏電池組件龍頭企業(yè)都在鈣鈦礦技術方面進行研發(fā)，布局重點方向以鈣鈦礦/晶硅兩端疊層為主。畢竟，頭部企業(yè)掌握著領先的晶硅技術，布局疊層技術可以延伸其原有產業(yè)鏈，更進一步的發(fā)揮其相關技術優(yōu)勢。

在光伏技術更迭的關鍵時期，各家企業(yè)都明白這是行業(yè)洗牌的關鍵時刻。相比于單層鈣鈦礦電池，疊層鈣鈦礦電池被不少企業(yè)認為是未來更有前景的產品形態(tài)。

協(xié)鑫光電董事長范斌此前在接受采訪時表示：“鈣鈦礦產品在市場里面的主流形態(tài)會是疊層，應該說絕大部分鈣鈦礦都會在疊層上得到應用”。

在鈣鈦礦疊層電池領域，隆基綠能作為最早開展疊層電池研究的公司之一，在鈣鈦礦技術方面已經取得相關專利20項。

11月3日，根據隆基綠能官方消息，美國國家可再生能源實驗室（NREL）最新認證報告顯示，由中國企業(yè)隆基綠能科技股份有限公司（以下簡稱隆基綠能）自主研發(fā)的晶硅—鈣鈦礦疊層電池效率達到33.9%。據悉，該效率刷新了此前由沙特國王科技大學保持的該領域電池效率33.7%的世界紀錄，成為目前全球晶硅—鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀錄，也是第一次由中國企業(yè)刷新該項世界記錄。

對于在鈣鈦礦領域取得的重大突破，隆基綠能創(chuàng)始人、總裁李振國表示，“太陽能電池光電轉換效率是評價光伏技術潛力的關鍵指標和風向標。作為占據90%以上市場份額的主流電池技術，晶硅單結電池的轉換效率不斷提升，越來越接近其理論效率極限29.4%。而晶硅-鈣鈦礦疊層電池的理論效率極限可達43%，被公認為突破單結晶硅電池效率極限的主流技術方案。晶硅-鈣鈦礦疊層電池技術的出現(xiàn)為開發(fā)下一代高效太陽電池技術開辟了全新的賽道。這意味著同樣的面積，吸收同樣的光，能發(fā)出更多的電”。從中也能看出，隆基綠能對于鈣鈦礦技術的的肯定。

另一光伏龍頭企業(yè)晶科能源也不甘示弱，近日，晶科能源基于N型TOPCon的鈣鈦礦疊層電池經中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所檢測，其轉化效率達到32.33%，大幅提升了同類疊層電池的轉換效率水平。晶科能源的金浩博士表示，“以TOPCon為底電池與鈣鈦礦實現(xiàn)高效疊層電池，在工藝實現(xiàn)方面存在優(yōu)勢。TOPCon因其出色的高溫穩(wěn)定性，可以為頂層鈣鈦礦電池各層功能材料選擇提供更大的工藝窗口”。

產能方面，2023年4月，極電光能全球首條1GW鈣鈦礦光伏生產線已開工，預計2024年底搭建完成，這也意味著行業(yè)真正從0到1走向GW級時代。極電光能表示，計劃在2023年建設1GW產能，2024年達產；2024年、2025年再分別追加2GW和3GW產能，到2025年6GW產能將全部達產。

從規(guī)劃產線來看，頭部光伏企業(yè)已經在布局GW級產線，預計2025年末、2030年末鈣鈦礦產能預計分別達到25.8GW、177GW，2023-2030復合增速88%。

與此同時，隨著鈣鈦礦產能的不斷建設和釋放，對應的設備需求空間約885億元。因此，像是京山輕機、帝爾激光、寶馨科技等企業(yè)都已經在設備端有所布局。

鈣鈦礦技術與HJT、TOPCon技術對比

隨著光伏技術的不斷革新，目前光伏電池已經發(fā)展到了第三代。第一代是以單晶硅/多晶硅為代表的晶硅太陽能電池；第二代是以銅鋼嫁硒、篩化鎬等化合物材料為主的薄膜太陽能電池；第三代是利用鈣鈦礦型有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池。

值得注意的是TOPCon電池、異質結（HJT/HIT）電池都是屬于傳統(tǒng)晶硅電池。而鈣鈦礦電池則是非硅薄膜電池的代表。

從理論極限轉換效率上看，HJT、TOPCon和鈣鈦礦單層電池的極限效率分別為27.5%、28.7%和31%。這樣看來，鈣鈦礦電池在效率方面發(fā)展前景巨大。

自從P型技術轉換效率逐步達到理論極限，N型技術正在成為目前電池發(fā)展的主要方向。在N型技術中，TOPCon技術憑著極高的經濟型，性價比高、兼容度強、運營風險可控等特點在市場上率先占據一席之地，產能已經大規(guī)模落地。而異質結電池轉換效率更高且工藝更為簡單，有著廣闊的發(fā)展前景。各自有優(yōu)勢。

TOPCon目前的投資公司更多一些。不過新入局光伏行業(yè)的企業(yè)，因為沒有之前的產線束縛，更愿意在異質結上進行投資。不過，隨著光伏設備廠商技術的不斷升級，硅片走向薄片化、靶材和銀漿等關鍵材料國產化，異質結電池經濟性開始凸顯，有望同TOPCon形成強有力的競爭。

而更新一代的鈣鈦礦技術，則更被市場所看好。鈣鈦礦原材料十分豐富且易于合成，具備光電特性非常好、生產工藝流程短，理論轉換效率高和成本低等顯著優(yōu)勢。其中，鈣鈦礦/晶硅疊層電池則是這兩條技術路線的結合應用，也就是將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面。當前，單節(jié)鈣鈦礦電池存在效率衰減過快的問題，因此鈣鈦礦/晶硅疊層電池正在朝著產業(yè)化方向迅速發(fā)展。據悉，與異質結等晶硅技術疊成后，疊層鈣鈦礦電池理論電池效率可達40%-50%。

總之，不管是當前發(fā)展勢頭不錯的TOPCon、異質結等N型技術，還是以疊層為基礎，有著明顯效率優(yōu)勢的鈣鈦礦技術，未來哪種光伏電池技術會領先仍是未知數(shù)，也可能出現(xiàn)多種技術路線并存發(fā)展的狀況。

因此，面對技術的革新和選擇，各光伏企業(yè)的布局和研發(fā)顯得更為重要。經過時間的沉淀后，市場自然會對各光伏技術的未來發(fā)展給予答案。

參考來源：中國證券報、武漢大學、國泰君安、中國銀河證券、愛生活、全球光伏、各企業(yè)公開信息

作者： 來源：集邦新能源網 責任編輯：jianping