鈣鈦礦產業化經驗總結與展望

一、鈣鈦礦產業發展現狀

近年來，鈣鈦礦在光伏領域展現出巨大的潛力，正逐漸從實驗室走向產業化。以晶硅為主流的光伏電池在效率和成本上均接近極限，而鈣鈦礦作為光伏材料底層的顛覆式創新，被視作光伏行業新的增長曲線。鈣鈦礦的效率天花板更高，單結電池理論極限效率達33%，疊層電池達45%。并且由于無需貴重材料，材料用量少，純度要求低，國內供應鏈完善，鈣鈦礦組件成本可以降低50%。此外，其產業鏈投資低，碳足跡低，全生命周期能耗只有晶硅產品的1/4。

隨著效率、穩定性的不斷提升，以及2024年三季度全球首條GW級產線投產，進入量產時代的鈣鈦礦，商業化時間窗口已經打開。越來越多的鈣鈦礦公司成立，產業呈現蓬勃發展的態勢。但要實現商業化，鈣鈦礦當前必須完成從技術到產品的關鍵一躍。

二、技術創新推動產業化

解決穩定性難題

鈣鈦礦太陽能電池在長期使用中容易退化，難以滿足工業應用的可靠性要求，這成為限制其產業化的重要因素。針對這一難題，浙江大學材料科學與工程學院楊德仁院士團隊薛晶晶課題組，設計出一種具有不含雜原子的共軛骨架的新型分子材料。使用這種材料制造的鈣鈦礦太陽能電池，不僅具有很強的光電轉化效率，而且在各種加速老化測試中的使用壽命也大幅改善。

華東理工大學材料學院清潔能源材料與器件團隊則揭示了鈣鈦礦光伏不穩定性的關鍵機制——光機械誘導分解效應，并據此提出了石墨烯 - 聚合物機械增強鈣鈦礦材料的新方法，顯著提升了鈣鈦礦電池在光照和高溫條件下的穩定性。該團隊制備的太陽能電池在模擬日常使用的強光高溫環境下，持續工作3670小時后，仍能保持97%的發電效率，為大規模商業化應用奠定了堅實基礎。

提升光電轉換效率

在提升光電轉換效率方面，科研人員也在不斷努力。通過對鈣鈦礦材料體系和電池結構的深入研究，優化其發電原理中的各個環節。鈣鈦礦光伏電池的發電原理是光生伏特效應，其物理過程為鈣鈦礦吸光層吸收光子之后，入射光將電子從價帶躍遷到導帶，形成電子 - 空穴對，然后電子 - 空穴對在吸光層內部迅速分開，接著電子通過電子傳輸層輸送到陽極，空穴通過空穴傳輸層輸送到陰極，隨著電子和空穴不斷在陽極和陰極的堆積，兩級之間產生了光生電動勢。科研人員通過對兩類傳輸層材料的選擇和界面設計進行優化，來直接影響電池的光電轉換效率。

三、市場機遇把握

切入市場的時機

光伏行業“產能擴張 - 內卷 - 出清”的節奏相比十年前大幅加快，未來幾年會處于一個技術上的活躍期。極電光能聯合創始人、總裁于振瑞表示，落后產能的出清會推動市場價格回歸健康區間，減輕鈣鈦礦市場推廣的競爭壓力。鈣鈦礦要想成為光伏主流技術，就必須保持快速、持續的技術創新和敏銳的市場嗅覺，利用這一輪機遇快速切入市場。

拓展應用領域

鈣鈦礦電池具有柔性化、弱光發電等特性，使其可廣泛應用于建筑一體化（BIPV）、分布式光伏等領域。全國人大代表、金晶集團董事長王剛表示，將鈣鈦礦電池納入國家和省級“十五五”規劃，對于鞏固我國在全球綠色能源產業的主導權具有重要意義。企業可以積極拓展這些應用領域，為鈣鈦礦的產業化開辟更廣闊的市場空間。

四、產業鏈協同發展

原材料供應保障

要實現鈣鈦礦的產業化，需要產業鏈上原材料的穩定供應。鈣鈦礦材料體系中，A位一般選擇甲胺（CH3NH3+，MA+）、甲脒（NH2 - HC = NH2+，FA+）和銫（Cs+）等一價陽離子；B位一般選擇鉛（Pb2+）、錫（Sn2+）等二價陽離子，X位可選擇碘（I - ）、氯（Cl - ）和溴（Br - ）等鹵素陰離子。企業需要與原材料供應商建立長期穩定的合作關系，確保原材料的質量和供應的穩定性。

設備開發配合

除了原材料，設備開發也是產業鏈協同發展的重要環節。合適的生產設備對于提高鈣鈦礦組件的生產效率和質量至關重要。企業需要與設備制造商密切合作，共同研發和改進適合鈣鈦礦生產的設備，以滿足產業化生產的需求。

五、產業化面臨的挑戰

技術路線選擇

由于鈣鈦礦自身具有的多樣性特點，技術路線眾多。這使得企業在選擇技術路線時面臨一定的困難。不同的技術路線可能在效率、穩定性、成本等方面存在差異，企業需要綜合考慮各種因素，選擇最適合自己發展的技術路線。而且一旦選擇了某條技術路線，后期的調整和轉換可能會面臨較大的成本和風險。

標準和規范缺失

目前，鈣鈦礦產業還缺乏統一的標準和規范。這在一定程度上影響了產品的質量和市場的認可度。沒有統一的標準，不同企業生產的鈣鈦礦產品在性能、質量等方面可能存在較大差異，不利于產業的健康發展。因此，建立健全鈣鈦礦產業的標準和規范體系是當務之急。

六、未來發展展望

持續技術創新

未來，鈣鈦礦產業仍需要持續進行技術創新。在效率提升方面，有望進一步接近其理論極限效率，通過不斷優化材料和電池結構，開發新的制備工藝等方式來實現。在穩定性方面，也需要繼續探索更有效的解決方案，以滿足更長期、更復雜的使用環境要求。此外，還可以在降低成本、提高柔性等方面進行創新，以拓展其應用范圍。

產業規模化發展

隨著技術的不斷成熟和市場的逐漸擴大，鈣鈦礦產業有望實現規模化發展。規模化生產可以進一步降低成本，提高產品的競爭力。同時，產業的規模化發展也將帶動上下游產業鏈的協同發展，形成更完善的產業生態系統。政府和行業協會可以通過制定相關政策和規劃，引導產業的規模化發展，促進鈣鈦礦產業成為我國綠色能源產業的重要支柱。

總之，鈣鈦礦產業化已經取得了一定的進展，但也面臨著諸多挑戰。通過技術創新、把握市場機遇、產業鏈協同發展等多方面的努力，鈣鈦礦有望在未來成為光伏行業的主流技術，為我國乃至全球的綠色能源發展做出重要貢獻。