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鈣鈦礦電池工作原理
鈣鈦礦太陽能電池，這個名字在今年的光伏行業聲名鵲起。鈣鈦礦電池的工作原理與晶硅電池類似。光生電動勢的物理過程為：鈣鈦礦吸光層吸收光子之后，電子吸收能量從價帶躍遷到導帶，形成電子-空穴對。電子與空穴對在吸 光層內部迅速分開，分別通過電子傳輸層（ETL）、空穴傳輸層(HTL)輸送到陰極、陽 極，隨著電子和空穴在陽極和陰極堆積，兩極之間產生光生電動勢，進而產生光電流。
高效率、低成本、易制備，它以十年的時間走完晶硅太陽能電池近半個世紀的發展之路，成為第三代光伏技術的焦點。協鑫光電董事長范斌表示，鈣鈦礦技術不僅可以打破晶硅電池技術轉換效率的理論“天花板”，還可以降低光伏產業度電成本，是唯一具有商業化應用前景的新興光伏技術。
晶硅太陽能電池的“顛覆者”?
鈣鈦礦太陽能電池是以鈣鈦礦型（ABX3型）晶體作為吸光層材料的電池。它的結構類似于“三明治”。兩個電極像三明治的兩片面包分別位于最外層，由外向內挨著電極的是空穴傳輸層和電子傳輸層，而鈣鈦礦層則居于最中間。
南京大學現代工程與應用科學學院教授譚海仁指出“目前，傳統的晶硅單結太陽能電池遭遇了兩個發展瓶頸，一是現有的工業生產能力已經逼近晶硅單結太陽能電池光電轉化效率的極限；二是成本高、能耗大，將石英砂提煉為工業硅，制成單晶硅的過程，需要超過1000℃的高溫，而鈣鈦礦太陽能電池的制備只需要大約100℃。在這種情況下，生產成本更低、更節能的鈣鈦礦電池，被視為近年來光伏產業發展的新機遇。”
但鈣鈦礦太陽能電池的穩定性是制約其產業化的重要因素。鈣鈦礦太陽能電池在效率和成本方面都優于晶硅電池，但其主要缺點是壽命短(穩定性差)。目前，鈣鈦礦太陽能電池的T80壽命約為4000小時，其效率僅為初始值的80%，與目前主流光伏技術25年壽命相差甚遠。鈣鈦礦太陽能電池不穩定的原因主要有：吸濕性、熱不穩定性、離子遷移等，以及外部因素如紫外線、光照等。
鈣鈦礦電池的量產還有許多其他難題。目前PSCs 大面積模塊的效率仍遠低于小面積，是制約產業化的另一難題；高質量均勻大面積薄膜的制備方法有待突破；含鉛鈣鈦礦存在環境污染風險，也是產業化待解決的問題。
然而，在我國新能源政策推動下，這些難題正被一一突破。
政策支持，行業布局加速
今年以來，國家層面出臺不少政策積極推進鈣鈦礦太陽能電池發展。
《“十四五”能源領域科技創新規劃》指出，要開展高效鈣鈦礦電池制備與產業化生產技術的示范試驗，具體包括∶研制基于溶液法與物理法的鈣鈦礦電池量產工藝制程設備，開發高可靠性組件級聯與封裝技術，研發大面積、高效率、高穩定性、環境友好型的鈣鈦礦電池；開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備及產業化生產技術研究。
《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》提出，研發高效硅基光伏電池、高效穩定鈣鈦礦電池等技術。近日發布的《關于推動能源電子產業發展的指導意見（征求意見稿）》中也要求，加快智能光伏創新突破，支持鈣鈦礦及疊層電池等先進技術的研發應用，提升規模化量產能力。
國內鈣鈦礦電池產業鏈企業布局推進，未來可期.在設備方面，國內設備企業和下游太陽能電池企業聯合開展鈣鈦礦疊層電池技術開發戰略合作；與此同時，其他設備企業也在研發 RPD設備，獲得了中試生產訂單，后續還會深入研發和推進整條生產線。
除設備端外，國內光伏企業(如通威股份、東方日升)、寧德時代、聆達股份等非光伏企業紛紛布局鈣鈦礦電池項目；同時，協鑫光電也成為鈣鈦礦太陽能電池組件發展速度最快的企業之一。今年二月，全球首座鈣鈦礦光伏地面電站由纖納光電提供，裝機規模為12兆瓦。國內企業紛紛布局鈣鈦礦，試圖在鈣鈦礦電池領域搶占先機。
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