鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與展望

一、鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，鈣鈦礦在光伏領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，正逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。以晶硅為主流的光伏電池在效率和成本上均接近極限，而鈣鈦礦作為光伏材料底層的顛覆式創(chuàng)新，被視作光伏行業(yè)新的增長曲線。鈣鈦礦的效率天花板更高，單結(jié)電池理論極限效率達(dá)33%，疊層電池達(dá)45%。并且由于無需貴重材料，材料用量少，純度要求低，國內(nèi)供應(yīng)鏈完善，鈣鈦礦組件成本可以降低50%。此外，其產(chǎn)業(yè)鏈投資低，碳足跡低，全生命周期能耗只有晶硅產(chǎn)品的1/4。

隨著效率、穩(wěn)定性的不斷提升，以及2024年三季度全球首條GW級(jí)產(chǎn)線投產(chǎn)，進(jìn)入量產(chǎn)時(shí)代的鈣鈦礦，商業(yè)化時(shí)間窗口已經(jīng)打開。越來越多的鈣鈦礦公司成立，產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。但要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，鈣鈦礦當(dāng)前必須完成從技術(shù)到產(chǎn)品的關(guān)鍵一躍。

二、技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化

解決穩(wěn)定性難題

鈣鈦礦太陽能電池在長期使用中容易退化，難以滿足工業(yè)應(yīng)用的可靠性要求，這成為限制其產(chǎn)業(yè)化的重要因素。針對(duì)這一難題，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院楊德仁院士團(tuán)隊(duì)薛晶晶課題組，設(shè)計(jì)出一種具有不含雜原子的共軛骨架的新型分子材料。使用這種材料制造的鈣鈦礦太陽能電池，不僅具有很強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)化效率，而且在各種加速老化測試中的使用壽命也大幅改善。

華東理工大學(xué)材料學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)則揭示了鈣鈦礦光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制——光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)，并據(jù)此提出了石墨烯 - 聚合物機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦材料的新方法，顯著提升了鈣鈦礦電池在光照和高溫條件下的穩(wěn)定性。該團(tuán)隊(duì)制備的太陽能電池在模擬日常使用的強(qiáng)光高溫環(huán)境下，持續(xù)工作3670小時(shí)后，仍能保持97%的發(fā)電效率，為大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

提升光電轉(zhuǎn)換效率

在提升光電轉(zhuǎn)換效率方面，科研人員也在不斷努力。通過對(duì)鈣鈦礦材料體系和電池結(jié)構(gòu)的深入研究，優(yōu)化其發(fā)電原理中的各個(gè)環(huán)節(jié)。鈣鈦礦光伏電池的發(fā)電原理是光生伏特效應(yīng)，其物理過程為鈣鈦礦吸光層吸收光子之后，入射光將電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成電子 - 空穴對(duì)，然后電子 - 空穴對(duì)在吸光層內(nèi)部迅速分開，接著電子通過電子傳輸層輸送到陽極，空穴通過空穴傳輸層輸送到陰極，隨著電子和空穴不斷在陽極和陰極的堆積，兩級(jí)之間產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢。科研人員通過對(duì)兩類傳輸層材料的選擇和界面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，來直接影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

三、市場機(jī)遇把握

切入市場的時(shí)機(jī)

光伏行業(yè)“產(chǎn)能擴(kuò)張 - 內(nèi)卷 - 出清”的節(jié)奏相比十年前大幅加快，未來幾年會(huì)處于一個(gè)技術(shù)上的活躍期。極電光能聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁于振瑞表示，落后產(chǎn)能的出清會(huì)推動(dòng)市場價(jià)格回歸健康區(qū)間，減輕鈣鈦礦市場推廣的競爭壓力。鈣鈦礦要想成為光伏主流技術(shù)，就必須保持快速、持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和敏銳的市場嗅覺，利用這一輪機(jī)遇快速切入市場。

拓展應(yīng)用領(lǐng)域

鈣鈦礦電池具有柔性化、弱光發(fā)電等特性，使其可廣泛應(yīng)用于建筑一體化（BIPV）、分布式光伏等領(lǐng)域。全國人大代表、金晶集團(tuán)董事長王剛表示，將鈣鈦礦電池納入國家和省級(jí)“十五五”規(guī)劃，對(duì)于鞏固我國在全球綠色能源產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)具有重要意義。企業(yè)可以積極拓展這些應(yīng)用領(lǐng)域，為鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化開辟更廣闊的市場空間。

四、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展

原材料供應(yīng)保障

要實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化，需要產(chǎn)業(yè)鏈上原材料的穩(wěn)定供應(yīng)。鈣鈦礦材料體系中，A位一般選擇甲胺（CH3NH3+，MA+）、甲脒（NH2 - HC = NH2+，F(xiàn)A+）和銫（Cs+）等一價(jià)陽離子；B位一般選擇鉛（Pb2+）、錫（Sn2+）等二價(jià)陽離子，X位可選擇碘（I - ）、氯（Cl - ）和溴（Br - ）等鹵素陰離子。企業(yè)需要與原材料供應(yīng)商建立長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，確保原材料的質(zhì)量和供應(yīng)的穩(wěn)定性。

設(shè)備開發(fā)配合

除了原材料，設(shè)備開發(fā)也是產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。合適的生產(chǎn)設(shè)備對(duì)于提高鈣鈦礦組件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量至關(guān)重要。企業(yè)需要與設(shè)備制造商密切合作，共同研發(fā)和改進(jìn)適合鈣鈦礦生產(chǎn)的設(shè)備，以滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求。

五、產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)

技術(shù)路線選擇

由于鈣鈦礦自身具有的多樣性特點(diǎn)，技術(shù)路線眾多。這使得企業(yè)在選擇技術(shù)路線時(shí)面臨一定的困難。不同的技術(shù)路線可能在效率、穩(wěn)定性、成本等方面存在差異，企業(yè)需要綜合考慮各種因素，選擇最適合自己發(fā)展的技術(shù)路線。而且一旦選擇了某條技術(shù)路線，后期的調(diào)整和轉(zhuǎn)換可能會(huì)面臨較大的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范缺失

目前，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)還缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這在一定程度上影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和市場的認(rèn)可度。沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)生產(chǎn)的鈣鈦礦產(chǎn)品在性能、質(zhì)量等方面可能存在較大差異，不利于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，建立健全鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系是當(dāng)務(wù)之急。

六、未來發(fā)展展望

持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新

未來，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)仍需要持續(xù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。在效率提升方面，有望進(jìn)一步接近其理論極限效率，通過不斷優(yōu)化材料和電池結(jié)構(gòu)，開發(fā)新的制備工藝等方式來實(shí)現(xiàn)。在穩(wěn)定性方面，也需要繼續(xù)探索更有效的解決方案，以滿足更長期、更復(fù)雜的使用環(huán)境要求。此外，還可以在降低成本、提高柔性等方面進(jìn)行創(chuàng)新，以拓展其應(yīng)用范圍。

產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展

隨著技術(shù)的不斷成熟和市場的逐漸擴(kuò)大，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。規(guī)?；a(chǎn)可以進(jìn)一步降低成本，提高產(chǎn)品的競爭力。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展也將帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，形成更完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。政府和行業(yè)協(xié)會(huì)可以通過制定相關(guān)政策和規(guī)劃，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，促進(jìn)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)成為我國綠色能源產(chǎn)業(yè)的重要支柱。

總之，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但也面臨著諸多挑戰(zhàn)。通過技術(shù)創(chuàng)新、把握市場機(jī)遇、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展等多方面的努力，鈣鈦礦有望在未來成為光伏行業(yè)的主流技術(shù)，為我國乃至全球的綠色能源發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。