鈣(gai)鈦(tai)礦疊層(ceng)電池研發的(de)現(xian)狀與未(wei)來

一、鈣鈦礦疊層電池研(yan)發的背景(jing)與意義

在全球能(neng)源轉型(xing)的(de)(de)大(da)背景下，光(guang)伏(fu)能(neng)源作為(wei)一(yi)種可(ke)持續的(de)(de)清(qing)潔(jie)能(neng)源，受到了廣泛的(de)(de)關注(zhu)。傳統的(de)(de)晶硅光(guang)伏(fu)電池雖然在市場上占據(ju)主導地位，但隨著技(ji)術(shu)的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)，其轉換效(xiao)率(lv)逐漸接近(jin)理(li)論極限。而鈣鈦礦疊層電池作為(wei)一(yi)種新(xin)興的(de)(de)光(guang)伏(fu)技(ji)術(shu)，有(you)望(wang)突破傳統電池的(de)(de)效(xiao)率(lv)瓶(ping)頸，為(wei)光(guang)伏(fu)行業(ye)帶來新(xin)的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)機(ji)遇。

鈣(gai)鈦礦(kuang)疊層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)由兩個具有(you)不(bu)同帶隙(xi)吸收體(ti)的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)組成(cheng)，通過差異(yi)化吸收更(geng)寬范(fan)圍波長的(de)(de)太(tai)陽光，降(jiang)低光熱損失，從而提升(sheng)電(dian)(dian)池(chi)轉(zhuan)換效(xiao)率。其(qi)理論效(xiao)率可(ke)達45%，遠超當前晶硅光伏(fu)的(de)(de)效(xiao)率上限。此(ci)外，鈣(gai)鈦礦(kuang)材(cai)料帶隙(xi)根(gen)據組分(fen)的(de)(de)不(bu)同可(ke)在較大的(de)(de)范(fan)圍內連續調(diao)節，具有(you)很強的(de)(de)可(ke)設計(ji)性。因此(ci)，研發鈣(gai)鈦礦(kuang)疊層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)對于提高光伏(fu)能源(yuan)的(de)(de)利(li)用效(xiao)率、推(tui)動能源(yuan)結構調(diao)整(zheng)具有(you)重要意義。

二、鈣鈦礦疊層電池研發(fa)的(de)最新突破

中國(guo)華能的成果

近(jin)日，經(jing)第三(san)方權威(wei)機構認證，中國華能(neng)自主研(yan)(yan)發的大面積(ji)鈣(gai)鈦礦 - 晶(jing)硅疊(die)層電(dian)池(chi)轉換效率達26.12%（孔徑(jing)面積(ji)1337.4平方厘米），標志著中國華能(neng)在鈣(gai)鈦礦電(dian)池(chi)技(ji)(ji)術研(yan)(yan)發方面取得新突破。該技(ji)(ji)術由中國華能(neng)集團清潔能(neng)源技(ji)(ji)術研(yan)(yan)究院(yuan)有限(xian)公(gong)司(si)牽頭，華清鈣(gai)鈦礦光伏技(ji)(ji)術（北(bei)京）有限(xian)公(gong)司(si)研(yan)(yan)發。這一成果不僅是(shi)技(ji)(ji)術上(shang)的突破，更是(shi)對(dui)疊(die)層電(dian)池(chi)設計理念的有力驗證。

天(tian)合光能的佳績

天合光(guang)(guang)能在鈣鈦礦(kuang)(kuang)疊層(ceng)電(dian)池(chi)研發(fa)(fa)領域也取得(de)了顯著成就。2025年3月23日，天合光(guang)(guang)能微信公(gong)眾(zhong)號發(fa)(fa)文(wen)稱，公(gong)司的(de)(de)(de)光(guang)(guang)伏科學與技(ji)術全(quan)國(guo)重點(dian)實(shi)驗室研發(fa)(fa)的(de)(de)(de)210大(da)尺寸鈣鈦礦(kuang)(kuang)/晶體硅兩端疊層(ceng)組件（面積3.1平方(fang)米），經過TüV南德意志集團測試實(shi)驗室認證，峰值(zhi)功率(lv)達808W，成為全(quan)球首塊功率(lv)突(tu)破(po)800W門檻的(de)(de)(de)工(gong)業標準尺寸光(guang)(guang)伏組件產品(pin)，創(chuang)造了新(xin)(xin)的(de)(de)(de)世(shi)界(jie)紀錄。2025年4月，天合光(guang)(guang)能研發(fa)(fa)團隊又成功將鈣鈦礦(kuang)(kuang)晶體硅疊層(ceng)技(ji)術的(de)(de)(de)電(dian)池(chi)效率(lv)推向新(xin)(xin)的(de)(de)(de)巔峰，據(ju)德國(guo)夫(fu)瑯禾費(fei)太陽(yang)能研究所(suo)認證，這(zhe)種新(xin)(xin)型210mm大(da)面積鈣鈦礦(kuang)(kuang)/晶體硅雙(shuang)端疊層(ceng)太陽(yang)電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)最高電(dian)池(chi)效率(lv)達到了31.1%，再次打破(po)世(shi)界(jie)紀錄。

捷泰(tai)科技的進(jin)展

經第三方機構權(quan)威認證，捷泰科技(ji)自主(zhu)研發的(de)(de)(de)TOPCon/鈣鈦(tai)礦疊層(ceng)電池轉換效(xiao)率成(cheng)功突破(po)31.0%，在(zai)下一代光伏電池技(ji)術的(de)(de)(de)發展進程(cheng)中(zhong)具(ju)有里程(cheng)碑意(yi)義。這一成(cheng)果顯示了捷泰科技(ji)在(zai)鈣鈦(tai)礦疊層(ceng)電池研發方面(mian)的(de)(de)(de)實(shi)力和潛(qian)力。

德國團隊(dui)的成(cheng)果

據美國每日科學網(wang)站2月(yue)5日報道，德(de)國柏林(lin)亥姆霍茲中(zhong)心和(he)(he)洪堡大學的(de)研究團隊攜手研制出一種新(xin)型鈣(gai)鈦(tai)礦疊層(ceng)電池。他們將CIGS電池做(zuo)底部(bu)與基于鈣(gai)鈦(tai)礦的(de)頂(ding)部(bu)電池相結合，通過優化頂(ding)部(bu)和(he)(he)底部(bu)電池之間的(de)接(jie)觸層(ceng)，將新(xin)電池的(de)能效提高(gao)到(dao)24.6%，這一能效數(shu)值被德(de)國弗勞恩霍夫太(tai)陽能系統研究所認證為新(xin)的(de)世(shi)界(jie)紀錄(lu)。

三、鈣鈦礦疊層電(dian)池的技(ji)術(shu)原理與優勢

技術原理

疊(die)(die)層電(dian)池(chi)的(de)設(she)計思想是利用不同禁帶(dai)寬度的(de)子電(dian)池(chi)對光(guang)(guang)譜響(xiang)應范(fan)圍的(de)不同，盡可(ke)能吸收最多(duo)的(de)太(tai)陽光(guang)(guang)，從而改善電(dian)池(chi)的(de)光(guang)(guang)電(dian)性能。鈣(gai)鈦(tai)礦疊(die)(die)層電(dian)池(chi)一般由兩個(ge)具有不同帶(dai)隙的(de)電(dian)池(chi)堆(dui)疊(die)(die)而成，上(shang)層電(dian)池(chi)吸收短波長的(de)太(tai)陽光(guang)(guang)，下層電(dian)池(chi)吸收長波長的(de)太(tai)陽光(guang)(guang)，這(zhe)樣可(ke)以充(chong)分利用太(tai)陽光(guang)(guang)的(de)能量，提高電(dian)池(chi)的(de)轉換(huan)效(xiao)率。

優勢體現

1. 高轉換效率：如前文所述，鈣鈦礦疊層電池理論效率可達45%，遠超單結太陽電池極限效率（33.7%），在提升光伏轉換效率方面具備明顯優勢。

2. 材料可設計性強：鈣鈦礦材料帶隙根據組分的不同可在較大的范圍內連續調節，這使得研究人員可以根據實際需求設計出具有不同性能的電池。

3. 應用范圍廣泛：鈣鈦礦及疊層組件可應用于集中式電站、光伏建筑一體化和便攜式充電等領域，具有廣泛的應用前景。例如，在光伏建筑一體化領域，鈣鈦礦電池可以與建筑材料相結合，實現建筑的綠色能源供應。

4. 低碳環保：鈣鈦礦電池在制造和應用上展現出相對低碳和環保的特性，可以大幅降低生產過程中的光電損失，符合可持續發展的要求。

四(si)、鈣鈦礦疊層電(dian)池研(yan)發(fa)面臨(lin)的挑戰

穩定(ding)性問題

鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料對環(huan)境(jing)因素(su)較為(wei)敏(min)感，如(ru)水分(fen)、氧氣、光照和溫度等，容易(yi)導(dao)致電池性(xing)能(neng)下降(jiang)和穩定性(xing)變差。這限(xian)制了(le)鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)疊層電池的長(chang)期(qi)使(shi)用(yong)和大(da)規模(mo)應用(yong)。例如(ru)，在潮濕的環(huan)境(jing)中，鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料可能(neng)會(hui)發(fa)生(sheng)分(fen)解，影響電池的性(xing)能(neng)。

成本問題

雖然(ran)鈣鈦礦材(cai)料本身成本相對較低(di)，但目(mu)前鈣鈦礦疊層電(dian)池(chi)的制備工藝還不(bu)夠成熟，需要使用(yong)一(yi)些昂貴(gui)的設備和(he)材(cai)料，導(dao)致電(dian)池(chi)的生產(chan)成本較高。這在一(yi)定程(cheng)度上阻礙了其(qi)市場推(tui)廣。

規模化生產(chan)難題(ti)

要(yao)實(shi)現鈣鈦(tai)礦(kuang)疊(die)層電池的(de)(de)大(da)規(gui)模(mo)商(shang)業化(hua)(hua)應用，需(xu)要(yao)解決(jue)規(gui)模(mo)化(hua)(hua)生產的(de)(de)問題。目(mu)前，鈣鈦(tai)礦(kuang)疊(die)層電池的(de)(de)制備(bei)大(da)多還停(ting)留在實(shi)驗(yan)室(shi)階段，如(ru)何(he)將實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)(de)技術轉化(hua)(hua)為大(da)規(gui)模(mo)生產的(de)(de)工藝，是(shi)研發過程(cheng)中(zhong)面臨的(de)(de)一(yi)大(da)挑戰。例如(ru)，在規(gui)模(mo)化(hua)(hua)生產過程(cheng)中(zhong)，如(ru)何(he)保證(zheng)電池的(de)(de)一(yi)致性(xing)和穩(wen)定性(xing)是(shi)需(xu)要(yao)解決(jue)的(de)(de)關鍵問題。

五、鈣(gai)鈦礦疊層電池的(de)市場前景與發展趨勢(shi)

市場前景

隨著全球(qiu)對清潔能(neng)源的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)不斷增加(jia)，光伏(fu)(fu)市(shi)場呈現出快(kuai)速(su)發展的(de)(de)(de)(de)態勢。鈣(gai)鈦礦(kuang)疊層(ceng)電池作(zuo)為一種具(ju)(ju)有高轉換效率和廣闊應用前景的(de)(de)(de)(de)新型光伏(fu)(fu)技術(shu)，有望(wang)在未來的(de)(de)(de)(de)光伏(fu)(fu)市(shi)場中占(zhan)據(ju)重(zhong)要(yao)地位。尤其(qi)是在一些(xie)對能(neng)源效率要(yao)求(qiu)較高的(de)(de)(de)(de)領域，如(ru)太空(kong)光伏(fu)(fu)、高端消費電子等，鈣(gai)鈦礦(kuang)疊層(ceng)電池具(ju)(ju)有很大的(de)(de)(de)(de)應用潛(qian)力。

發(fa)展趨勢

1. 效率持續提升：隨著研發的不斷深入，鈣鈦礦疊層電池的轉換效率有望進一步提高。預計未來其轉換效率可達35%甚至更高，這將遠超當前晶硅光伏的效率上限。

2. 成本逐漸降低：隨著制備工藝的不斷改進和規模化生產的實現，鈣鈦礦疊層電池的生產成本將逐漸降低，從而提高其市場競爭力。

3. 應用領域拓展：除了現有的集中式電站、光伏建筑一體化等領域，鈣鈦礦疊層電池還將在更多領域得到應用，如智能穿戴設備、移動電源等。

六、對(dui)未來鈣鈦(tai)礦疊層電池(chi)研發的展望(wang)

未來(lai)，鈣鈦礦疊(die)層電池(chi)的(de)研發將(jiang)朝著更高效率、更好穩定性(xing)、更低成本和更廣泛應用的(de)方(fang)向發展。為了實現這(zhe)些目標，需(xu)要科研機(ji)構、企業和政府(fu)等各方(fang)共同(tong)努力。

科研機構應加(jia)強基礎研究，深(shen)入探索鈣鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)料(liao)的(de)(de)物(wu)理(li)化學性質和電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)工作機制，為技術創新提供(gong)理(li)論支(zhi)持(chi)(chi)。企業(ye)應加(jia)大(da)研發(fa)(fa)投入，加(jia)快(kuai)技術成果的(de)(de)轉化和產(chan)(chan)業(ye)化進(jin)程，推動鈣鈦礦(kuang)(kuang)疊層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)大(da)規模生產(chan)(chan)和應用(yong)。政(zheng)府(fu)應出臺相關政(zheng)策，鼓(gu)勵和支(zhi)持(chi)(chi)鈣鈦礦(kuang)(kuang)疊層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)研發(fa)(fa)和產(chan)(chan)業(ye)發(fa)(fa)展，為其創造良好的(de)(de)政(zheng)策環(huan)境。例如，政(zheng)府(fu)可以(yi)給予研發(fa)(fa)補貼、稅收優惠等(deng)政(zheng)策支(zhi)持(chi)(chi)，促進(jin)鈣鈦礦(kuang)(kuang)疊層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)產(chan)(chan)業(ye)的(de)(de)發(fa)(fa)展。

總之(zhi)，鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)疊(die)層電(dian)池作為(wei)一種具有(you)巨大潛力(li)的(de)新型光(guang)伏技(ji)術(shu)，將為(wei)全(quan)球能源轉型和(he)可持續發展做出重(zhong)要貢獻。我們(men)有(you)理(li)由(you)相信，在各方的(de)共(gong)同努力(li)下，鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)疊(die)層電(dian)池的(de)研(yan)發和(he)應用將取得更加輝(hui)煌的(de)成就。