近日，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)又取得了新的突破，找到了全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池性能提升新途徑。

根據(jù)武漢大學(xué)官方消息，北京時(shí)間11月9日凌晨，Nature（《自然》雜志）在線發(fā)表了武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院柯維俊、方國(guó)家團(tuán)隊(duì)關(guān)于全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)高效全鈣鈦礦疊層電池》。據(jù)悉，這是該科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長(zhǎng)期探索研究，取得的最新進(jìn)展?？戮S俊教授、方國(guó)家教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)一步提升電池性能找到新的方向。

全新技術(shù)突破

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

查閱相關(guān)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(jiǎn)單的制備工藝，高吸收系數(shù)和高缺陷容忍度和載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。因此，其被認(rèn)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(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)與傳統(tǒng)硅基電池相當(dāng)，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(jié)太陽(yáng)能電池的肖克利-奎伊瑟效率極限，理論效率可達(dá)44%。與此同時(shí)，全鈣鈦礦疊層電池的性能還尚待挖掘，潛力無窮。據(jù)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(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(dǎo)致全鈣鈦礦疊層電池很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

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

面對(duì)行業(yè)內(nèi)的共同挑戰(zhàn)，方國(guó)家、柯維俊團(tuán)隊(duì)通過天冬氨酸鹽一體化摻雜策略同時(shí)提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)效率27.62%（第三方權(quán)威認(rèn)證效率27.34%）。據(jù)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(xiàng)研究中，方國(guó)家、柯維俊團(tuán)隊(duì)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(zhì)量進(jìn)行改善，而且還讓鈣鈦礦材料的性能和穩(wěn)定性有了進(jìn)一步的提升，對(duì)于促進(jìn)光電領(lǐng)域的發(fā)展有著極其深遠(yuǎn)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(guān)注點(diǎn)之一。作為新興的第三代光伏技術(shù)，自面世以來，短短十幾年內(nèi)光電轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)了飛速提升。在之這樣的情況之下，鈣鈦礦技術(shù)在各產(chǎn)業(yè)內(nèi)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(chǎn)線已建成投產(chǎn)，眾能光電、光晶能源等眾多企業(yè)已開啟100MW產(chǎn)線建設(shè)，預(yù)計(jì)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(zhuǎn)換效率無疑引發(fā)眾多企業(yè)的追捧，鈣鈦礦技術(shù)的發(fā)展越來越如日中天，國(guó)內(nèi)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(lǐng)域完成了多輪融資。與此同時(shí)，鈣鈦礦領(lǐng)域的各技術(shù)研發(fā)效率正在不斷突破當(dāng)中，多項(xiàng)記錄也在不斷的被刷新當(dāng)中。

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

2023年7月，在美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）發(fā)布的最新版“Champion Module Efficiencies”光伏組件效率世界紀(jì)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(shí)還能保持高轉(zhuǎn)換效率，也說明極電光能量產(chǎn)化技術(shù)的領(lǐng)先性。

11月8日，極電光能獲全球權(quán)威認(rèn)證檢測(cè)機(jī)構(gòu)TüV南德頒發(fā)鈣鈦礦組件認(rèn)證證書，這是繼今年4月300x300mm小試組件通過IEC61215(2021版)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證后，再一次在1200x600mm商用鈣鈦礦組件上通過IEC 61215、IEC 61730標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)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(chǎn)技術(shù)，極電光能在各個(gè)級(jí)別的商用尺寸組件上均取得了突破性進(jìn)展，轉(zhuǎn)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(jīng)通過IEC61215 2021版認(rèn)證，0.72m2鈣鈦礦量產(chǎn)組件的認(rèn)證測(cè)試也正在推進(jìn)中。

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

在技術(shù)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(rèn)證，目前效率已經(jīng)提升至17%，這是目前為止全球面積最大、組件效率認(rèn)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(shè)全球第一條100MW鈣鈦礦光伏組件量產(chǎn)線，并于2021年9月建設(shè)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(jìn)一步完善協(xié)鑫光電100MW鈣鈦礦生產(chǎn)線和工藝。據(jù)協(xié)鑫光電預(yù)計(jì)，在工藝和產(chǎn)能穩(wěn)定后，公司大尺寸鈣鈦礦組件（1m×2m）轉(zhuǎn)換效率已超過16%，預(yù)計(jì)2023年底將突破18%。

總之，作為國(guó)內(nèi)最早從事鈣鈦礦組件生產(chǎn)線開發(fā)的企業(yè)之一，協(xié)鑫光電在鈣鈦礦大尺寸的轉(zhuǎn)換效率和量產(chǎn)上處于行業(yè)的領(lǐng)先位置。

另外，像是光伏頭部企業(yè)也在鈣鈦礦領(lǐng)域有著相關(guān)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(shù)方面進(jìn)行研發(fā)，布局重點(diǎn)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(lǐng)先的晶硅技術(shù)，布局疊層技術(shù)可以延伸其原有產(chǎn)業(yè)鏈，更進(jìn)一步的發(fā)揮其相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

在光伏技術(shù)更迭的關(guān)鍵時(shí)期，各家企業(yè)都明白這是行業(yè)洗牌的關(guān)鍵時(shí)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(rèn)為是未來更有前景的產(chǎn)品形態(tài)。

協(xié)鑫光電董事長(zhǎng)范斌此前在接受采訪時(shí)表示：“鈣鈦礦產(chǎn)品在市場(chǎng)里面的主流形態(tài)會(huì)是疊層，應(yīng)該說絕大部分鈣鈦礦都會(huì)在疊層上得到應(yīng)用”。

在鈣鈦礦疊層電池領(lǐng)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(shù)方面已經(jīng)取得相關(guān)專利20項(xiàng)。

11月3日，根據(jù)隆基綠能官方消息，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）最新認(rèn)證報(bào)告顯示，由中國(guó)企業(yè)隆基綠能科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱隆基綠能）自主研發(fā)的晶硅—鈣鈦礦疊層電池效率達(dá)到33.9%。據(jù)悉，該效率刷新了此前由沙特國(guó)王科技大學(xué)保持的該領(lǐng)域電池效率33.7%的世界紀(jì)錄，成為目前全球晶硅—鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀(jì)錄，也是第一次由中國(guó)企業(yè)刷新該項(xiàng)世界記錄。

對(duì)于在鈣鈦礦領(lǐng)域取得的重大突破，隆基綠能創(chuàng)始人、總裁李振國(guó)表示，“太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率是評(píng)價(jià)光伏技術(shù)潛力的關(guān)鍵指標(biāo)和風(fēng)向標(biāo)。作為占據(jù)90%以上市場(chǎng)份額的主流電池技術(shù)，晶硅單結(jié)電池的轉(zhuǎn)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(dá)43%，被公認(rèn)為突破單結(jié)晶硅電池效率極限的主流技術(shù)方案。晶硅-鈣鈦礦疊層電池技術(shù)的出現(xiàn)為開發(fā)下一代高效太陽(yáng)電池技術(shù)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(duì)于鈣鈦礦技術(shù)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(jīng)中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所檢測(cè)，其轉(zhuǎn)化效率達(dá)到32.33%，大幅提升了同類疊層電池的轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)高效疊層電池，在工藝實(shí)現(xiàn)方面存在優(yōu)勢(shì)。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(chǎn)能方面，2023年4月，極電光能全球首條1GW鈣鈦礦光伏生產(chǎn)線已開工，預(yù)計(jì)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(jí)時(shí)代。極電光能表示，計(jì)劃在2023年建設(shè)1GW產(chǎn)能，2024年達(dá)產(chǎn)；2024年、2025年再分別追加2GW和3GW產(chǎn)能，到2025年6GW產(chǎn)能將全部達(dá)產(chǎn)。

從規(guī)劃產(chǎn)線來看，頭部光伏企業(yè)已經(jīng)在布局GW級(jí)產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2025年末、2030年末鈣鈦礦產(chǎn)能預(yù)計(jì)分別達(dá)到25.8GW、177GW，2023-2030復(fù)合增速88%。

與此同時(shí)，隨著鈣鈦礦產(chǎn)能的不斷建設(shè)和釋放，對(duì)應(yīng)的設(shè)備需求空間約885億元。因此，像是京山輕機(jī)、帝爾激光、寶馨科技等企業(yè)都已經(jīng)在設(shè)備端有所布局。

鈣鈦礦技術(shù)與HJT、TOPCon技術(shù)對(duì)比

隨著光伏技術(shù)的不斷革新，目前光伏電池已經(jīng)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(yáng)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(yáng)能電池；第三代是利用鈣鈦礦型有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

值得注意的是TOPCon電池、異質(zhì)結(jié)（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(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換效率逐步達(dá)到理論極限，N型技術(shù)正在成為目前電池發(fā)展的主要方向。在N型技術(shù)中，TOPCon技術(shù)憑著極高的經(jīng)濟(jì)型，性價(jià)比高、兼容度強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)可控等特點(diǎn)在市場(chǎng)上率先占據(jù)一席之地，產(chǎn)能已經(jīng)大規(guī)模落地。而異質(zhì)結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率更高且工藝更為簡(jiǎn)單，有著廣闊的發(fā)展前景。各自有優(yōu)勢(shì)。

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?yàn)闆]有之前的產(chǎn)線束縛，更愿意在異質(zhì)結(jié)上進(jìn)行投資。不過，隨著光伏設(shè)備廠商技術(shù)的不斷升級(jí)，硅片走向薄片化、靶材和銀漿等關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化，異質(zhì)結(jié)電池經(jīng)濟(jì)性開始凸顯，有望同TOPCon形成強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)。

而更新一代的鈣鈦礦技術(shù)，則更被市場(chǎng)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(chǎn)工藝流程短，理論轉(zhuǎn)換效率高和成本低等顯著優(yōu)勢(shì)。其中，鈣鈦礦/晶硅疊層電池則是這兩條技術(shù)路線的結(jié)合應(yīng)用，也就是將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面。當(dāng)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(chǎn)業(yè)化方向迅速發(fā)展。據(jù)悉，與異質(zhì)結(jié)等晶硅技術(shù)疊成后，疊層鈣鈦礦電池理論電池效率可達(dá)40%-50%。

總之，不管是當(dāng)前發(fā)展勢(shì)頭不錯(cuò)的TOPCon、異質(zhì)結(jié)等N型技術(shù)，還是以疊層為基礎(chǔ)，有著明顯效率優(yōu)勢(shì)的鈣鈦礦技術(shù)，未來哪種光伏電池技術(shù)會(huì)領(lǐng)先仍是未知數(shù)，也可能出現(xiàn)多種技術(shù)路線并存發(fā)展的狀況。

因此，面對(duì)技術(shù)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(jīng)過時(shí)間的沉淀后，市場(chǎng)自然會(huì)對(duì)各光伏技術(shù)的未來發(fā)展給予答案。

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