26.1%光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦電池誕生 鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)

• 劉明月 2023年11月20日 來(lái)源：自然 1179 76
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近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所、中國(guó)科學(xué)院光伏與節(jié)能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員潘旭、田興友團(tuán)隊(duì)與韓國(guó)成均館大學(xué)教授Nam-Gyu Park、華北電力大學(xué)教授戴松元合作

26.1%光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦電池誕生

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所、中國(guó)科學(xué)院光伏與節(jié)能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員潘旭、田興友團(tuán)隊(duì)與韓國(guó)成均館大學(xué)教授Nam-Gyu Park、華北電力大學(xué)教授戴松元合作，首次發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子分布不均勻是影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的主要原因，并成功制備出“均勻化”的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，獲得26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率，認(rèn)證效率為25.8%。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《自然》。

除了優(yōu)異的效率，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制作工藝簡(jiǎn)單、成本低。在常溫下，將幾種化學(xué)物質(zhì)混合在溶液中，再像“刷墻”一樣將溶液“刷”在襯底上，就可得到鈣鈦礦薄膜。最后加上電子傳輸層、金屬電極等功能層，一塊鈣鈦礦太陽(yáng)能電池就制作完成。

“一塊鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，厚度約為1微米，相當(dāng)于一張A4紙厚度的百分之一。”潘旭解釋說(shuō)，薄，意味著電池本身整體重量很輕，可以疊加在現(xiàn)有的晶硅太陽(yáng)能電池上;薄，意味著透光性好，可以獲取更多光能;薄，但柔性強(qiáng)，未來(lái)有望應(yīng)用在航天航空、可穿戴設(shè)備上。

然而，如此“完美”的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仍然存在一些問(wèn)題。比如，穩(wěn)定性差、目前戶(hù)外使用壽命僅有2年至3年、光電轉(zhuǎn)換效率提升速度明顯放緩，這些都是制約鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的核心問(wèn)題，也是科研人員攻堅(jiān)的難點(diǎn)所在。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)

近三年來(lái)，頭部鈣鈦礦企業(yè)如協(xié)鑫光電、纖納光電實(shí)現(xiàn)了百兆瓦級(jí)鈣鈦礦電池中試線的落地試產(chǎn)，晶硅行業(yè)頭部企業(yè)及跨界巨頭也紛紛布局。

從商業(yè)化角度看，多家鈣鈦礦企業(yè)已發(fā)布吉瓦級(jí)規(guī)劃，大超預(yù)期。測(cè)算，2022年、2026年鈣鈦礦組件產(chǎn)能預(yù)計(jì)分別為0.87GW、24GW，2023年有望形成超過(guò)1GW鈣鈦礦組件產(chǎn)能。

技術(shù)迭代帶來(lái)了設(shè)備公司的發(fā)展機(jī)遇，多家布局鈣鈦礦較早的主流設(shè)備廠商今年以來(lái)陸續(xù)發(fā)運(yùn)設(shè)備，應(yīng)用于鈣鈦礦電池產(chǎn)線，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)端布局初現(xiàn)。

相比晶硅電池要求99.9999%的高純度硅，鈣鈦礦純度僅需90%，且材料配方可調(diào)，來(lái)源豐富。晶硅從硅料至組件需流轉(zhuǎn)多道工藝，往往需要三天起步;

中研研究院出版的《2023-2028年中國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》顯示

光伏電池用于把太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽(yáng)能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價(jià)格更便宜。

鈣鈦礦生產(chǎn)工藝流程溫度不超過(guò)150℃，而晶硅在鑄錠和拉晶環(huán)節(jié)都需要超過(guò)1500℃，生產(chǎn)能耗差異巨大。我們認(rèn)為，隨著雙碳戰(zhàn)略的推進(jìn)，光伏電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)耗能或也列入管控范圍，屆時(shí)鈣鈦礦電池相較目前主流晶硅電池也將獲得一定比較優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行"陽(yáng)光計(jì)劃"，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。

歐洲一些高水平的核研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)始轉(zhuǎn)向可再生能源。在國(guó)際光伏市場(chǎng)巨大潛力的推動(dòng)下，各國(guó)的太陽(yáng)能電池制造業(yè)爭(zhēng)相投入巨資，擴(kuò)大生產(chǎn)，以爭(zhēng)一席之地。

在各國(guó)政策的驅(qū)動(dòng)以及發(fā)電成本快速下降的推動(dòng)下，光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，目前，光伏產(chǎn)業(yè)已成為我國(guó)少數(shù)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。在全球碳達(dá)峰、碳中和的背景下，光伏行業(yè)將迎來(lái)長(zhǎng)期發(fā)展機(jī)遇。

目前，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于全球領(lǐng)先地位，不僅在光伏產(chǎn)品產(chǎn)量、裝機(jī)總量、新增裝機(jī)量等方面位居全球第一，也培育了全球最完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈。目前，在光伏產(chǎn)業(yè)硅料、硅片、電池、組件四大主要環(huán)節(jié)排名前十的企業(yè)中，我國(guó)太陽(yáng)能電池企業(yè)占比達(dá)到85%以上。

而鈣鈦礦生產(chǎn)流程制備工藝簡(jiǎn)單得多，以旋轉(zhuǎn)法為例，只需將化合物溶液滴在制備好的電子傳輸層，旋轉(zhuǎn)、蒸發(fā)結(jié)晶便可制備完成，全過(guò)程可在一個(gè)工廠中完成，時(shí)間最快可以控制在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)。當(dāng)產(chǎn)線達(dá)到GW級(jí)規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，鈣鈦礦電池較目前已經(jīng)成熟的晶硅電池或有30%以上成本優(yōu)勢(shì)。

太陽(yáng)能電池報(bào)告在公司多年研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)行業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)公司資深研究團(tuán)隊(duì)對(duì)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)各類(lèi)資訊進(jìn)行整理分析，并且依托國(guó)家權(quán)威數(shù)據(jù)資源和長(zhǎng)期市場(chǎng)監(jiān)測(cè)的中研普華數(shù)據(jù)庫(kù)。

本報(bào)告專(zhuān)業(yè)!權(quán)威!報(bào)告根據(jù)行業(yè)的發(fā)展軌跡及多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中國(guó)行業(yè)的內(nèi)外部環(huán)境、太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展?fàn)顩r、太陽(yáng)能電池市場(chǎng)供需、競(jìng)爭(zhēng)格局、標(biāo)桿企業(yè)、發(fā)展趨勢(shì)、機(jī)會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)展策略與投資建議等進(jìn)行了分析。

據(jù)了解，該行業(yè)發(fā)展空間極大，未來(lái)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)現(xiàn)狀如何呢?請(qǐng)查看，中研研究院出版的《2023-2028年中國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》。

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  建筑水泥行業(yè)研究報(bào)告旨在從國(guó)家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略入手，分析建筑水泥未來(lái)的政策走向和監(jiān)管體制的發(fā)展趨勢(shì)，挖掘建筑水泥行業(yè)的市場(chǎng)潛力，基于重點(diǎn)細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域的深度研究，提供對(duì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模、...

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