1839年，在俄羅斯烏拉爾山脈，德國礦物學家GustavRose發(fā)現(xiàn)了礦物質鈦酸鈣CaTiO3，之后俄國礦物學家Lev Alekseyevich von Perovski將其命名為“Perovskite”。后來ABO3型氧化物的簡單鈣鈦礦被廣泛研究， 于是人們以“perovskite”一詞來描述龐大的鈣鈦礦家族及其衍生化合物。

【資料圖】

目前光伏領域的鈣鈦礦材料是指具有半導體特性的鹵素鈣鈦礦材料ABX3。其中A為有機陽離子，B為金屬離子，X為鹵素基團。該結構中，金屬B原子位于立方晶胞體心處，鹵素X原子位于立方體面心，有機陽離子A位于立方體頂點位置。相比于以共棱、共面形式連接的結構，鈣鈦礦結構更加穩(wěn)定，有利于缺陷的擴散遷移。

鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），是利用全固態(tài)鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。鈣鈦礦材料是ABX3型八面體結構，原材料儲量豐富，可廣泛由人工合成；鈣鈦礦材料具備高光電吸收系數(shù)、長載流子擴散長度、淺缺陷能級，多方面促成鈣鈦礦光電損失小。

鈣鈦礦電池具備光電損失小、帶隙可調節(jié)特點， 疊加疊層技術，可實現(xiàn)接近兩倍晶硅電池效率，未來應用潛力極大。根據(jù)Shockley-Queisser極限，單結太陽能電池吸光材料的禁帶寬度在1.34eV時，其理論光電轉換效率可達最高的33.7%，典型的甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)鈣鈦礦帶隙為1.55eV，接近最優(yōu)帶隙，單結效率上限可達30%以上。目前鈣鈦礦最高單結效率已達到25.7%。

鈣鈦礦組件生產(chǎn)流程簡單，可在45分鐘內將化工原料、玻璃、靶材、膠膜在單一工廠加工為組件， 目前GW級別晶硅組件產(chǎn)能投資需要7.5億元，鈣鈦礦組件投資需5-7億元，略低于晶硅。同時鈣鈦礦電池也能夠有效降低組件生產(chǎn)成本，以協(xié)鑫光電為例，GW級別量產(chǎn)，鈣鈦礦材料占比3.1%，組件成本<1.0元/W，5-10GW級別量產(chǎn)，組件成本可降至0.5-0.6元/W。

鈣鈦礦電池目前研究進展主要分為單結電池和多結疊層電池。鈣鈦礦單結電池不需要依托PN結就能產(chǎn)生光生伏特效應，結構簡單，僅有五層；由于鈣鈦礦帶隙可調節(jié)，因此可以搭配其他半導體材料進行疊層，疊層后的多結電池可以覆蓋大部分帶隙，實現(xiàn)光子全方位吸收，實現(xiàn)電池效率成倍增長。

其中疊層電池由于理論效率更高，更有發(fā)展?jié)摿?。目前主流鈣鈦礦疊層技術為：鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層、鈣鈦礦/ CIGS疊層，由于鈣鈦礦/晶硅疊層具備底電池（晶硅電池）技術成熟穩(wěn)定的優(yōu)勢，在諸多疊層中研究進展最快，實驗室效率領先。兩端疊層方式，是指子電池通過互聯(lián)界面串聯(lián)，僅需一個透明電極，成本較低，在工藝方面具備發(fā)展前景。

疊層的結數(shù)越多，理論上可以獲得更高的效率，但是考慮到成本，目前兩結疊層電池為主要應用方向；鈣鈦礦/晶硅疊層和鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層的電池效率較高，分別為32.5%和28%，成為目前疊層電池研究領域的焦點，鈣鈦礦/CIGS 疊層電池效率也獲得了很大提升，成為下一代光伏電池很有潛力的競爭者。

對于許多有硅技術積累的公司來說，晶硅疊加鈣鈦礦是一個既能利用原有產(chǎn)線和技術積累、又能降本增效的路線。相較與Topcon 疊層，鈣鈦礦與 HJT疊層更合適，需要做的改造更少，同時鈣鈦礦/HJT 疊層電池為串聯(lián)結構，輸出超高電壓，提高轉換效率。目前HJT-鈣鈦礦疊層電池實驗轉換效率目前已達到 31.3%。

目前國內廠商在鈣鈦礦領域的進展迅速，具體包括：

杭蕭鋼構：2022 年底投產(chǎn)首條 100MW 晶硅薄膜+鈣鈦礦疊層電池中試線

華晟新能源：已完成HJT-鈣鈦礦中試線，實現(xiàn)M6大面積疊層均勻制備

通威股份 ：鈣鈦礦實驗室已經(jīng)建立完成，首塊鈣鈦礦電池有望年內下線

寶馨科技：計劃2年內完成 100MW 鈣礦或 HJT-鈣鈦礦疊層電池產(chǎn)線

曜能光電：2022 年下半年開始建設中試車間，預計 2023 年建成

隆基綠能：公布鈣鈦礦-異質結疊層電池專利

天合光能：正在開展鈣鈦礦/晶硅兩端疊層太陽電池的設計、制備研究

黑晶光電：串聯(lián)型鈣鈦礦/PERC疊層電池達到目前該類電池的最高光電轉換水平

奧聯(lián)電子：計劃2023 年50MW鈣礦中試線投產(chǎn)，2024 年600MW 鈣礦裝備和120MW 礦電池組件生產(chǎn)線投產(chǎn)

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