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特點一：轉(zhuǎn)換效率領(lǐng)先優(yōu)勢獲實驗室證實，鈣鈦礦吸光層為提效的核心

鈣鈦礦型材料特點1：易于合成，穩(wěn)定的鈣鈦礦相決定電池穩(wěn)定性。鈣鈦礦型材料為與礦物鈣鈦氧化物ABX3化學(xué)結(jié)構(gòu)類似的離子晶體的統(tǒng)稱，易于實驗室合成，可避免材料的稀缺性漲價。據(jù)X陰離子劃分，ABO3無機氧化物鈣鈦礦在可見光下的光電效應(yīng)較差；而主流的ABX3為鹵化物鈣鈦礦，其中A為有機陽離子(如甲胺、甲脒等)或無機陽離子(如銫)；B為二價金屬陽離子(如鉛或鍺)；X為鹵素陰離子。根據(jù)八面體籠的旋轉(zhuǎn)形態(tài)，分為立方、四方、正交等鈣鈦礦相，而穩(wěn)定的鈣鈦礦相對于電池穩(wěn)定性至關(guān)重要，立方相為理想形態(tài)。同時可改變不同的A位陽離子，通過離子半徑算出的容忍因子α，如APbI3鈣鈦礦的α在0.8-1時，形成穩(wěn)定的鈣鈦礦相，提升穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率。

鈣鈦礦型材料的特點2：光電特性優(yōu)秀，帶隙可調(diào)決定吸收更寬的光譜。由于鈣鈦礦的成分選擇具有靈活性，A、B和X位離子可以被多種元素取代，提供了較寬的帶隙可調(diào)性。根據(jù)Schockely-Queisser極限曲線，單結(jié)太陽能電池光吸收材料的最佳帶隙為1.4 eV。鈣鈦礦作為直接帶隙材料（例如CH3NH3PbI3，帶隙1.5 eV)，在可見光全波段范圍內(nèi)具備全光譜吸收能力，且Nano Energy提到鈣鈦礦材料在300–800 nm波長范圍的可見光譜上，具有約1×105cm−1量級的高吸收系數(shù)，比傳統(tǒng)單晶硅大一個數(shù)量級，因此100納米厚的鈣鈦礦薄膜，就可以吸收硅薄膜微米厚度才能吸收的光。


鈣鈦礦組件由多個功能層堆疊而成，吸光層是提效的核心。晶硅電池和鈣鈦礦組件的本質(zhì)工作原理都是通過空穴和電子的擴散形成內(nèi)電場，不同點在于：A.晶硅電池是直接形成P-N結(jié)：P-N結(jié)的勢壘電容與P型/N型半導(dǎo)體的摻雜濃度和溫度有關(guān)，且勢壘厚度較薄，容易發(fā)生雪崩擊穿，從而承受的反向電壓有限，且感光靈敏度較?。籅.鈣鈦礦組件是P-i-N結(jié)：P-i-N結(jié)因為有i層-本征半導(dǎo)體（即鈣鈦礦層）的存在，勢壘厚度很大，能承受很大的反向電壓，且能吸收大量的光子并轉(zhuǎn)換為載流子。同時，i層選用的鈣鈦礦材料充分吸收不同波長的太陽光，對藍/綠光的吸收強于晶硅電池，其高結(jié)晶度極大減小載流子復(fù)合。
鈣鈦礦單結(jié)組件的研發(fā)效率已接近26%，平均每年至少提升0.5%，極限為31%。自2009年提出技術(shù)至今，鈣鈦礦單結(jié)電池的實驗室效率從3.8%提升到25.8%，13年間平均每年提升1.69%，而2018-2022年則平均每年提升0.5%。相比PERC、TOPCon、IBC等技術(shù)在90年代已經(jīng)實現(xiàn)20%以上的實驗室轉(zhuǎn)換效率，鈣鈦礦發(fā)展速度極快。據(jù)德國ISHF實驗室數(shù)據(jù)，PERC電池理想條件下極限效率為24.5%，單面TOPCon工藝的理論效率在24.9%-27%之間，雙面TOPCon工藝達28.7%，HJT工藝的理論機械轉(zhuǎn)換效率是27.5%，晶硅電池理論極限效率為29.43%，而作為薄膜電池的鈣鈦礦光伏組件的單結(jié)理論效率為31%，遠超晶硅電池，是未來鈣鈦礦-晶硅疊層電池轉(zhuǎn)換效率達到50%以上的重要推力。

特點二：一體化工廠降低生產(chǎn)成本，鈣鈦礦材料具備成本優(yōu)勢

相比晶硅電池，鈣鈦礦工序大大縮短，單GW產(chǎn)能投資額更低。根據(jù)協(xié)鑫光電的數(shù)據(jù)，晶硅電池的制備，從硅料到組件至少經(jīng)過4道工序，單位制程需要3天以上，同時還需要大量人力、運輸成本等；而鈣鈦礦組件在單一工廠完成生產(chǎn)，原材料經(jīng)過加工后直接成組件，沒有傳統(tǒng)的“電池片”工序，大大縮短制程耗時，單位制程耗時僅需約45分鐘。從單GW產(chǎn)能投資額來看，與晶硅電池相比，硅料+硅片+PERC電池+組件合計需要約10億元投資，而目前的鈣鈦礦10MW中試線投資額為0.7-0.8億元，達到量產(chǎn)成熟度之后，單GW產(chǎn)能僅需5億元投資額，約晶硅電池單GW產(chǎn)能投資額的1/2。

降本途徑分析2-發(fā)電量：鈣鈦礦組件理論壽命可達30年，控制衰減率能做到更低的度電成本：據(jù)楊文侃《鈣鈦礦系列光伏組件的度電成本分析》測算，壽命25年的鈣鈦礦組件若線性衰減小于0.6%，度電成本低于晶硅組件。


鈣鈦礦溫度系數(shù)絕對值比晶硅低2個數(shù)量級，不易受溫度影響：從溫度系數(shù)量化來看，晶硅組件約為-0.3，即溫度每上升1度，功率會下降0.3%，例如在實際應(yīng)用場景，出廠效率20%，當(dāng)溫度升到75度，效率大約就只剩16-17%。而鈣鈦礦的溫度系數(shù)為-0.001，非常接近于0，因此它效率幾乎不受溫度影響，實際發(fā)電效率顯著高于晶硅。

由于電路結(jié)構(gòu)不同，鈣鈦礦組件比晶硅組件受遮擋的負面影響小，發(fā)電量平均高5%：晶硅組件一般由60或72片獨立電池片串聯(lián)形成，當(dāng)受到局部遮擋或損壞時，會出現(xiàn)熱斑效應(yīng)。而鈣鈦礦組件屬于薄膜電池，通過工藝在整個面板上實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)，電路之間互相連接，在受到同樣遮擋時發(fā)電量影響比晶硅小很多，根據(jù)楊文侃《鈣鈦礦系列光伏組件的度電成本分析》測算，遮擋條件下鈣鈦礦組件比晶硅發(fā)電量高4.05%-6.05%，度電成本降低0.018-0.034元/kWh。

特點三：輕薄且適應(yīng)柔性基底，下游應(yīng)用場景豐富

鈣鈦礦組件適應(yīng)多元化的剛性/柔性基底。盡管晶硅電池可通過柔性材料封裝制成柔性組件，但晶硅電池片容易斷裂，對封裝技術(shù)和封裝材料性能要求非常高，因此薄膜電池更適合應(yīng)用到柔性組件上。而由于CIGS等薄膜電池的制備溫度較高，平板柔性電池通常使用的PET或PEN基底承受溫度一般不超150℃，疊加柔性組件的卷對卷印刷工藝與鈣鈦礦制備兼容，因此鈣鈦礦組件更具備柔性應(yīng)用空間。鑒于鈣鈦礦組件更輕薄、設(shè)計更友好的特點，廠家可按客需定制模塊的形狀、顏色和尺寸，并安裝在屋頂、車頂、玻璃幕墻等任何空閑區(qū)域，疊加模塊顏色可調(diào)，完美解決光伏在建材應(yīng)用的美學(xué)問題。鈣鈦礦材料的柔性、輕薄、顏色可調(diào)、高電壓等特性使其具備廣泛應(yīng)用各場景的潛力。

特點四：鈣鈦礦多結(jié)疊層效率可達晶硅電池的2倍，疊層技術(shù)取決于界面復(fù)合層

鈣鈦礦-晶硅疊層電池研發(fā)效率已突破31.3%。鈣鈦礦帶隙寬度可調(diào)，可制備高效疊層電池，相比于單個PN結(jié)的鈣鈦礦太陽能組件，多結(jié)的PSCs光譜吸收效果更好、效率更高，但成本也更高。鈣鈦礦可制備2結(jié)、3結(jié)及以上的疊層電池，鈣鈦礦2結(jié)疊層電池理論轉(zhuǎn)換效率達35%，而3結(jié)疊層效率可達45%以上，如果摻雜新型材料，甚至能達50%，約為目前晶硅材料的2倍。

2結(jié)疊層電池有鈣鈦礦-鈣鈦礦、鈣鈦礦-晶硅疊層電池兩種。鈣鈦礦-晶硅疊層電池即將鈣鈦礦組件與硅電池按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來，讓短波長的光被最外側(cè)的寬帶隙鈣鈦礦太陽能組件吸收，波長較長的光能夠透射進去讓窄帶隙的硅太陽能電池吸收，可最大限度地將光能變成電能，目前獲得了最廣泛的研究，最新效率已突破31.3%。

全鈣鈦礦（鈣鈦礦-鈣鈦礦）疊層具備潛力，一體式疊層為主流結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，疊層鈣鈦礦組件分為一體式結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)，依據(jù)輸出端子數(shù)量的不同，又可分為兩端子和四端子結(jié)構(gòu)。四端子結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)較高的實驗室效率，但四端子疊層電池中的光學(xué)耦合疊層需要使用光學(xué)分光鏡，成本過于高昂，而機械堆疊式需要三層透明電極，會降低電池轉(zhuǎn)換效率。相比之下，一體式鈣鈦礦疊層結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備和工藝相對成熟，適合產(chǎn)業(yè)化。南京大學(xué)譚海仁團隊實現(xiàn)了小面積全鈣鈦礦疊層電池28%的實驗室效率，成立仁爍光能并開啟全鈣鈦礦疊層電池的產(chǎn)業(yè)化。

原標(biāo)題：鈣鈦礦四大特點