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據(jù)新華社報道，針對鈣鈦礦太陽能電池高溫工作條件下運(yùn)行穩(wěn)定性差這一領(lǐng)域難題，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院袁明鑒教授帶領(lǐng)課題組開展高水平國際合作研究，成功制備出兼具高能量轉(zhuǎn)換效率與高運(yùn)行穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池器件，標(biāo)志著新一代光伏技術(shù)取得重大突破。

9月30日晚,《自然》雜志以“兼具高效熱穩(wěn)定性的甲脒銫組分鈣鈦礦太陽能電池”為題，發(fā)表了這項研究成果。

結(jié)晶路徑轉(zhuǎn)變策略實現(xiàn)高效率高溫工況穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池。（受訪者供圖）

鈣鈦礦是一類具有獨特晶體結(jié)構(gòu)的材料，廣泛應(yīng)用于新型太陽能電池等半導(dǎo)體器件。鈣鈦礦太陽能電池作為第三代光伏技術(shù)，其獨特的柔性兼容性與大面積制備潛力，為光伏、物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車乃至航天航空等領(lǐng)域帶來前所未有的機(jī)遇。可這種新型太陽能電池的穩(wěn)定性一直是限制其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。鈣鈦礦材料作為電池的吸光層，其穩(wěn)定性受外界環(huán)境因素影響顯著。目前，高性能鈣鈦礦太陽能電池在制備過程中往往需要依賴易揮發(fā)的有機(jī)胺鹽添加劑來穩(wěn)定物相并調(diào)控結(jié)晶。然而，這種添加劑在高溫條件下極易分解，引發(fā)鈣鈦礦薄膜化學(xué)組分失衡，進(jìn)而顯著降低電池在高溫工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性。

針對這一難題，袁明鑒帶領(lǐng)研究團(tuán)隊結(jié)合理論預(yù)測，發(fā)展了一種具有更高熱穩(wěn)定性的合金鈣鈦礦制備策略，該策略徹底解決甲脒銫組分鈣鈦礦薄膜組分不均一的問題。利用該策略制備的鈣鈦礦太陽能電池器件，展現(xiàn)出世界一流的能量轉(zhuǎn)換效率與高溫工況穩(wěn)定性。

“此項研究不僅為鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提升奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，也為光伏技術(shù)的進(jìn)一步實用化和商業(yè)化開辟了廣闊前景，對推動全球能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型具有深遠(yuǎn)意義。”袁明鑒說。

袁明鑒表示，目前研究團(tuán)隊正通過校企合作，積極推進(jìn)符合產(chǎn)業(yè)化需求的高性能鈣鈦礦太陽能電池模組的研發(fā)，力求盡快推動研究成果的實際應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化落地。

據(jù)悉，太陽能電池主要分為晶硅電池和薄膜電池兩大類，這兩類電池起初在技術(shù)上相對獨立，在各自方向不斷發(fā)展迭代。

晶硅電池中，N型和P型單晶硅電池是產(chǎn)業(yè)主流。在薄膜電池中，有砷化鎵、碲化鎘、銅銦鎵硒、鈣鈦礦這幾種常見的化合物電池。相對來說，鈣鈦礦所需的元素在地殼中含量豐富，這為其規(guī)?；l(fā)展提供了必要條件。

鈣鈦礦太陽能電池作為第三代新型太陽能電池，具有高轉(zhuǎn)換效率、低成本、應(yīng)用場景廣泛等優(yōu)勢。產(chǎn)業(yè)鏈上游包括TCO玻璃、靶材、POE膠膜、丁基膠等輔材以及鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備等設(shè)備，其中以鍍膜設(shè)備（PVD、RPD）、涂布機(jī)、激光設(shè)備為核心；中游為鈣鈦礦電池及組件制造；下游為鈣鈦礦電池應(yīng)用，包括BIPV（光伏建筑一體化）、車載光伏、室內(nèi)光伏等。

東吳證券在研報中表示，按照各家廠商發(fā)布的量產(chǎn)規(guī)劃，2023年合計鈣鈦礦組件產(chǎn)能1.25GW，2025年7.4GW，預(yù)計組件市場空間約37.5億元；2030年鈣鈦礦組件產(chǎn)能預(yù)計142GW，對應(yīng)市場空間約950億元，2022年至2030年復(fù)合增速達(dá)128%。

A股上市公司中，已有多家企業(yè)在鈣鈦礦電池技術(shù)上有所突破。

通威股份已組建鈣鈦礦疊層電池實驗室，并成立通威全球創(chuàng)新研發(fā)中心，對含鈣鈦礦/硅疊層先進(jìn)電池在內(nèi)的多種技術(shù)路線實現(xiàn)并行研發(fā)，目前小尺寸鈣鈦礦/HJT疊層電池效率達(dá)到33.08%。

中國核電目前擁有剛性、柔性鈣鈦礦太陽能電池的核心技術(shù)與全套自主知識產(chǎn)權(quán)。2024年成功研發(fā)的1200×400mm²商品級柔性鈣鈦礦組件效率高達(dá)17.75%，創(chuàng)造了柔性鈣鈦礦組件行業(yè)最大尺寸紀(jì)錄、最高效率紀(jì)錄。

拓日新能目前擁有專門的鈣鈦礦項目團(tuán)隊，主要研究反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池，現(xiàn)階段在小面積電池進(jìn)行新材料、新配方、新結(jié)構(gòu)實驗以及在實際生產(chǎn)線進(jìn)行量產(chǎn)化實驗。

曼恩斯特在鈣鈦礦太陽能板塊已形成穩(wěn)定的市場拓展及產(chǎn)品交付能力，實驗線及中試線的訂單規(guī)模持續(xù)增加，部分訂單也將在今年經(jīng)客戶驗收后逐步完成收入確認(rèn)。

隆基綠能的鈣鈦礦電池技術(shù)目前處于實驗室研發(fā)階段。2023年11月，公司研發(fā)的晶硅—鈣鈦礦疊層電池經(jīng)美國國家可再生能源實驗室（NREL）認(rèn)證，效率達(dá)到33.9%。

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