降本增效一直是太陽能電池技術(shù)的迭代升級方向。近年來，在我國傳統(tǒng)晶硅光伏技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的同時，鈣鈦礦光伏技術(shù)憑借其具有的低成本、高轉(zhuǎn)換率及廣泛的應(yīng)用場景等優(yōu)勢，被視為下一代太陽能電池的有力競爭者。

作為人類進(jìn)一步利用太陽能的“希望之星”，當(dāng)前，鈣鈦礦光伏技術(shù)進(jìn)展如何？如何實現(xiàn)其快速大規(guī)模生產(chǎn)？8月底，中國能源研究會舉辦的首屆中國鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會，直擊鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)當(dāng)下需解決的關(guān)鍵問題，探路其高質(zhì)量發(fā)展之道。

鈣鈦礦何以為“希望之星”？

“雙碳”目標(biāo)下，新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，意味著能源電力生產(chǎn)利用模式的巨大變革、能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的換道式升級、能源科技與產(chǎn)業(yè)國際競爭格局的全面重構(gòu)。因此，能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新要緊抓解決制約經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的能源電力戰(zhàn)略性、瓶頸約束性矛盾。

中國能源研究會理事長史玉波分析，預(yù)計到2060年，我國新能源發(fā)展將達(dá)50億~70億千瓦的巨大裝機(jī)規(guī)模，在當(dāng)前的發(fā)電效率下，預(yù)計占地面積50萬~60萬平方公里，占國土面積的5%以上。為此，他指出，新能源發(fā)電需要進(jìn)一步提高效率、降低成本，并著力提升其穩(wěn)定可控能力。

近年來，鈣鈦礦材料的出現(xiàn)為光伏產(chǎn)業(yè)帶來新活力。研究表明，單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá)31%，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率則可達(dá)到45%以上，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的硅基太陽能電池，同時，鈣鈦礦太陽能電池相比晶硅太陽能電池，在冬季同等條件下比晶硅組件多發(fā)電9.3%。

史玉波介紹，目前，我國鈣鈦礦太陽能電池的實驗室轉(zhuǎn)化效率已超過26%，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池轉(zhuǎn)化效率已超過34%，且有望進(jìn)一步提高。

談及鈣鈦礦太陽能電池的制作成本，協(xié)鑫光電材料有限公司董事長范斌介紹說，制造鈣鈦礦的材料成本低廉易得，工藝簡便，原材料經(jīng)過加工后直接變成組件，省去傳統(tǒng)的電池片工序，單位制程耗時僅需約45分鐘，實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)之后，制造成本僅有晶硅電池組件的30%左右。

鈣鈦礦材料的高柔韌性特質(zhì)，也為太陽能電池的應(yīng)用拓展了新的領(lǐng)域。國家能源集團(tuán)首席專家鐘大龍認(rèn)為，未來薄膜光伏將會有非常廣闊的市場，除了應(yīng)用最直接、最廣泛的建筑領(lǐng)域外，交通領(lǐng)域也是行業(yè)發(fā)展的重要突破方向，例如車載光伏可用于提高新能源電動車?yán)m(xù)航能力。

中國電科院材料所前瞻技術(shù)研究室主任丁一提出，困于現(xiàn)階段鈣鈦礦大面積制備的瓶頸，可先結(jié)合一些特定的場景開展應(yīng)用。他舉例介紹，一方面可在電網(wǎng)檢測設(shè)備上安裝小面積的鈣鈦礦光伏，另一方面，可借助鈣鈦礦材料弱光性強(qiáng)的特點，在一些設(shè)備中內(nèi)置鈣鈦礦傳感器，實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)測。

“高柔韌性的特質(zhì)將為光伏產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展帶來新機(jī)遇，創(chuàng)造出更多的新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)?！笔酚癫ㄕf。

“希望之星”發(fā)展困在何處？

盡管鈣鈦礦太陽能電池是當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)的研究熱點之一，但其制造過程仍存在諸多挑戰(zhàn)。

史玉波介紹，鈣鈦礦材料在光照、濕度、溫度等環(huán)境因素的影響下，容易發(fā)生降解和失效，影響太陽能電池的性能和壽命。因此，提高鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性，是當(dāng)前鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的首要任務(wù)。另外，鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)工藝也存在大面積制備難度大、良品率低等問題，制約了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

鈣鈦礦發(fā)光量子點作為新一代超高清顯示技術(shù)的顛覆性材料，在品質(zhì)和穩(wěn)定性方面性能更為突出。中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)溫州研究院院長葉志鎮(zhèn)認(rèn)為，量子點全固態(tài)制備新技術(shù)，不僅對光顯示有推動，對光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用也有推動作用，未來，也將引領(lǐng)萬億硅光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“鈣鈦礦發(fā)展到今天逐漸步入產(chǎn)業(yè)化，一定要有大面積的需求。從高效率的印刷方式上來說，我們團(tuán)隊提出了絲網(wǎng)印刷的鈣鈦礦薄膜策略，主要是通過一個點實現(xiàn)對整個面的控制，從而產(chǎn)出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，薄膜通過印刷方式的控制實現(xiàn)圖案化，也可以實現(xiàn)柔性化?！蹦暇┕I(yè)大學(xué)柔性電子學(xué)院院長陳永華介紹道。

“晶硅疊層組件是鈣鈦礦商用的第一步和突破口。鈣鈦礦靈活的可調(diào)性和天然適配度，決定了它可以與其他技術(shù)等進(jìn)行花樣組合。”范斌說，未來五六年，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池市場規(guī)模有望突破1000億元，2025年鈣鈦礦/晶硅疊層組件產(chǎn)能持續(xù)放量，2026年實現(xiàn)吉瓦模塊化大規(guī)模建造，2027年全面實現(xiàn)疊層產(chǎn)能大爆發(fā)。

中國科學(xué)院院士李永舫則主張發(fā)展鈣鈦礦/有機(jī)疊層?！芭c全鈣鈦礦疊層太陽能電池相比，鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽電池效率低，但穩(wěn)定性更好?！崩钣吏辰忉屨f，這得益于鈣鈦礦太陽電池較寬的帶隙和出色的紫外光穩(wěn)定性，其作為前結(jié)電池時可以防止紫外光對后結(jié)有機(jī)太陽電池的破壞。

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然離不開政策的引導(dǎo)與助力。華北電力大學(xué)新能源學(xué)院院長李美成提出，對于鈣鈦礦太陽能電池來說，組件壽命是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要瓶頸，目前，我國對于鈣鈦礦太陽能電池壽命的測試方法并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，適合鈣鈦礦技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)的建立迫在眉睫。

鈣鈦礦作為光伏產(chǎn)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的重要引擎，起步即健康，才能高質(zhì)量地贏得未來。中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院院長肖平認(rèn)為，盡管我國鈣鈦礦光伏專利申請呈現(xiàn)欣欣向榮、百家爭鳴的局面，但知識產(chǎn)權(quán)較為分散，面臨重復(fù)申請、資源浪費(fèi)和后續(xù)專利糾紛等風(fēng)險，建議行業(yè)開展專利交叉授權(quán)，形成合力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。