在“雙碳”政策引導和目標驅動下，能源產業轉型與技術創新正在加速推進。鈣鈦礦太陽電池無疑是目前光伏行業最受關注的一項技術，也是被稱為唯一具有商業化應用前景的新興光伏技術。與傳統光伏技術相比，其具有性能更優、成本更低、碳足跡更低等顯著性優勢。鈣鈦礦技術的產業化將有效的推動光伏產業普及應用，促進能源綠色轉型。隨著產業的日趨發展，鈣鈦礦光伏技術的研發現狀、未來產業化的情況也受到了越來越多的關注。
2022年7月8日，由中國光伏行業協會主辦的“薄膜太陽能電池應用及產業發展機遇研討會”以線上形式順利召開。會議邀請了行業專家、光伏企業代表就薄膜光伏電池發展及展望、鈣鈦礦電池研發及產業化進展、光伏建筑一體化技術創新與實踐等方面內容進行探討。極電光能聯合創始人、總裁于振瑞博士出席會議，并圍繞“鈣鈦礦太陽電池研發及產業化進展”做相關報告。
于博士在報告中介紹了鈣鈦礦太陽電池的基本材料和結構。他指出，鈣鈦礦太陽電池的效率在12年的時間里從最初的3.8%增至25.7%，接近晶硅電池的26.7%的最高效率。可以說，鈣鈦礦用12年的時間走過了晶硅太陽電池近70年的效率提升之路。“它的效率提升速度之快是前所未有的，這主要得益于鈣鈦礦對其中的雜質和缺陷有很強的容忍性。而且鈣鈦礦的理論效率極限可達33%，還有很大的提升空間。”于博士解釋道。
在報告中，于振瑞博士重點回應了業界普遍關注的鈣鈦礦太陽電池組件產業化需要解決的大面積制備、穩定性、以及成本問題。
關于大面積生產制備技術
對于鈣鈦礦產業化技術研發而言，鈣鈦礦膜層的大面積制備極為重要。當前常用的大面積膜層制備技術為“一步溶液涂布法”，但在這種制備工藝過程中，溶劑的揮發、化學鍵的形成、材料的形核與結晶生長等各種化學反應和物理過程同步發生，而且留給上述各種反應過程的時間窗口極短，受環境影響大，在未來大面積規模化生產時會遇到工藝窗口窄的問題，不利于良率的提升。
“極電光能在這方面有著自己獨創的‘氣相-液相’結合的兩步法鈣鈦礦制備技術，我們稱之為‘原位固膜’法，可以有效地解決‘一步溶液涂布法’所遇到的上述問題。”于博士介紹到，通過“干法搭骨架，濕法定結晶”的策略，可以把溶劑揮發與化學成鍵分開、形核與晶粒生長分離，而且“骨架層”充當著結晶模板的作用，鈣鈦礦薄膜的結晶生長是在可控的條件下完成的，因此，受環境影響小，便于面積放大，工藝窗口寬，成品率高。“原位固膜”工藝制備的鈣鈦礦膜層質量也顯著優于“一步溶液涂布法”制備的鈣鈦礦材料，鈣鈦礦組件的效率更高。另外，它也可以在不平整的基底表面成膜，因此還可以很好的兼容與晶硅疊層電池的制備。
鈣鈦礦是一個“工藝”與“配方”并重的技術，要實現技術研發向產業化的邁進，必須解決制備工藝與材料體系優化的問題。而在這方面，極電光能無疑是快人一步，2021年5月便率先向外界發布了“極創”鈣鈦礦光伏組件整體解決方案。方案中除了包含上述介紹的“原位固膜”薄膜制備技術，同時還包括了無甲胺鈣鈦礦材料體系、和界面鈍化與缺陷控制技術三大技術創新，從材料優化、缺陷鈍化與配方改進、以及膜層制備工藝等維度打造核心技術優勢，逐個攻破鈣鈦礦產業在效率提升、大面積制備以及穩定性方面的行業痛點，為鈣鈦礦商業化量產掃清障礙。
關于鈣鈦礦的穩定性問題
鈣鈦礦的穩定性一直是業界非常關注的一個重要問題。“早期的鈣鈦礦光伏組件的不穩定是由多種因素聯合作用的結果。”于博士稱，從2017年開始，行業就開始尋求效率衰退原因及解決方案;目前，通過無機電荷傳輸層的應用、鈣鈦礦材料體系優化、鈍化技術的導入、復合電極的開發、以及封裝技術的優化等手段，已經可以解決其穩定性的問題。
2022年，美國普林斯頓大學一個課題組制備的PSC在35°C/1Sun下老化3531小時沒有任何衰退;而在110°C/1Sun的高溫下運行2100小時，組件效率才衰退了20%，反推到35°C/1Sun，則相當于要5.1萬小時組件效率才衰減20%。考慮到大部分地區每年光輻照量在1000-1800小時之間，且35°C是組件野外使用時的中位溫度，上述數據相當于鈣鈦礦光伏組件的野外運行時壽命可達28-51年。于博士表示“這樣一個結果也充分證明了即使是在光熱聯合作用下，鈣鈦礦組件的壽命達到25年是沒有問題的” 。極電光能在鈣鈦礦組件的穩定性方面也做了大量研究，通過使用無機電荷傳輸層材料、甲脒基鈣鈦礦材料體系、自創的鈍化技術、復合背電極的開發以及可靠的封裝技術的開發，很好地解決了鈣鈦礦組件穩定性的問題。極電光能的鈣鈦礦組件不僅能通過晶硅組件檢測標準IEC61215的加速老化的認證測試，還通過了泡水、加速光老化等更嚴苛的測試，穩定性優異。
關于鈣鈦礦的成本
在談到成本方面時，于博士表示“目前在百兆瓦級鈣鈦礦光伏組件試制線即將投產的情況下，其成本可以做到比當前晶硅組件的成本更低”。隨著行業的發展，未來在FTO導電玻璃、折舊、人工成本等方面還會有大幅降低。
根據數據測算，到2023年平米級鈣鈦礦光伏產品將實現17-19%的效率，后續持續提升至25%。百兆瓦級產線階段成本也將控制在1.0-1.5￥/W之間;1GW級時能降到～0.8￥/W;10GW級降到～0.6￥/W。考慮到鈣鈦礦組件成本較低，如果其效率達到17%，價格達到1.3￥/W，壽命25年時，就擁有市場競爭力。
除了上述講到的效率、壽命和成本之外，實際應用場景下的發電能力也是考核光伏發電產品好壞的重要指標。極低的溫度系數和優異的弱光性能疊加作用使得鈣鈦礦明顯高于晶硅的戶外發電性能。以北京地區為例，相同裝機容量的鈣鈦礦組件比晶硅組件的發電量高9.8-13.4%。
在“雙碳”背景下，一種能源產品自身的能耗指標也是衡量它的重要維度。根據分析：在制造環節，鈣鈦礦組件的制造能耗只有晶硅組件的1/3.7;從能量回收期上，鈣鈦礦組件只有晶硅的1/4。如果從“能源投資收益率”來衡量，鈣鈦礦可達到100以上，是所有能源產品中最高的，所以鈣鈦礦光伏組件是一種最優異的低碳能源產品。
在技術和政策的雙向驅動下，鈣鈦礦今年也正式開啟了產業化元年。作為綠色能源產業的新銳勢力，極電光能也在加速推進鈣鈦礦產業化進程，目前公司150MW試制線建設已進入設備安裝調試階段，計劃三季度末完成首片下線。同時，極電光能的GW級量產線建設也在規劃中，計劃于2023年啟動首條GW級量產線建設，2024年正式投產，至2026年將建成10GW的產能，為“雙碳”建設提供更優質的綠色能源產品。
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