鈣鈦礦/晶硅疊層電池有望2030年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

鈣鈦礦太陽能電池具有高效率、低成本等優(yōu)勢，被認為最有前景的下一代光伏技術(shù)。目前，國內(nèi)已有多家企業(yè)具備100MW級及以上鈣鈦礦大尺寸組件生產(chǎn)線。但目前鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)仍存在壽命短、穩(wěn)定性不足等問題。中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示，鈣鈦礦/晶硅疊層電池，2030年有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。?

近日，在由《知識分子》主辦、能源基金會支持的新能源科學論壇2023（以下簡稱“論壇”）上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示，近幾年出現(xiàn)的鈣鈦礦太陽能電池具有標志性意義。鈣鈦礦/晶硅串聯(lián)太陽能電池的認證PCE從2017年的23.5%大幅增加到2023年的33.7%，理論效率極限在40%以上。我們最終看好的光伏技術(shù)是鈣鈦礦/晶硅疊層電池，2030年有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。?

進入2023年，在新一代光伏產(chǎn)品的討論中，鈣鈦礦太陽能電池可謂炙手可熱。

相較于傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池由于具備強光吸收能力、光譜吸收范圍廣泛等優(yōu)勢，被認為具有更高的光電轉(zhuǎn)化效率、更低的原料成本以及更廣泛的應用領(lǐng)域。目前，國內(nèi)已有協(xié)鑫光電、極電光能、纖鈉光電具備100MW級及以上鈣鈦礦大尺寸組件生產(chǎn)線。

2023年3月，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心發(fā)布的信息顯示，實現(xiàn)高效率的全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件為2022年度中國科學十大進展之一。其實早在2013年，鈣鈦礦太陽能電池就被《科學》雜志評選為當年的十大突破之一，且被稱為最有前景的下一代光伏技術(shù)。

2023年4月，阿卜杜拉國王科技大學進一步突破鈣鈦礦/晶硅串聯(lián)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，達33.7%。而目前各大廠商規(guī)模化生產(chǎn)的晶硅太陽能電池平均轉(zhuǎn)化效率在20%至27%之間。

北京大學教授周歡萍表示，近幾年，鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)發(fā)展迅猛，在原料價格、加工周期、廣電效率、度電成本等方面領(lǐng)先，有望突破晶硅成本高、效率增速慢等瓶頸，實現(xiàn)行業(yè)變革。

相比于晶硅電池，周歡萍介紹，理論上，鈣鈦礦光伏技術(shù)可使生產(chǎn)效率提高23倍，能耗降低超12倍，度電成本降低40%——電池材料成本從約1元/W下降至0.5元/W，工藝能耗從1.52KW/h下降至0.12KW/h，生產(chǎn)周期從72小時下降至3小時，度電成本從0.33元/kWh下降至0.2元/kWh。

華中科技大學教授、九曜光電創(chuàng)始人陳煒介紹，雖然鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展歷史僅有10年，但鈣鈦礦電池擁有33%的效率上限，晶硅電池則為29%。同時能量回收期（即光伏發(fā)電系統(tǒng)幾年內(nèi)能把自己壽命周期內(nèi)消耗的能量回收回來）也能從晶硅電池的約2年縮短至3個月。

除此之外，鈣鈦礦太陽能電池被認為具有非常廣闊的應用場景。陳煒介紹，在室內(nèi)消費能源方面，因技術(shù)要素成熟且無壽命問題，鈣鈦礦太陽能電池的潛在市場規(guī)模在1億至10億級別；在室外消費電源方面，潛在市場規(guī)模在100億級別；在地面電站方面，因單晶成本優(yōu)勢明顯、疊層效率優(yōu)勢明顯，潛在市場規(guī)模在10000億級別。

只是在論壇上，多位專家也提出鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)仍不完善，在穩(wěn)定性、壽命等方面的技術(shù)瓶頸仍有待進一步突破。

陳煒說，與晶硅相比，鈣鈦礦的一個顯著劣勢是壽命短，目前理論上的使用壽命為5年至15年，低于晶硅電池25年的使用壽命?！半m然足夠高效和便宜的鈣鈦礦太陽能電池能改變游戲規(guī)則，但前提是壽命不能太短。”

除了壽命，陳煒介紹，鈣鈦礦模組還存在面積不同時效率不統(tǒng)一的問題。鈣鈦礦電池效率隨面積增長而衰減的幅度遠大于其他類型太陽能電池，大面積鈣鈦礦薄膜結(jié)晶在質(zhì)量和缺陷調(diào)控方面還存在技術(shù)難點。

其次，鈣鈦礦材料和器件穩(wěn)定性不足。陳煒介紹，從技術(shù)層面來看，鈣鈦礦鍵能弱，缺乏化學和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。下一步，為了解決穩(wěn)定性的難題，需要建立鈣鈦礦太陽能電池的老化測試標準，且保證10年至15年的戶外使用壽命

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