日本桐蔭橫濱大學光電化學與能源教授宮坂力表示，到2030年，預計以鈣鈦礦為基礎的電池將占太陽能電池市場一半以上。

一直以來，電池轉化效率都是影響太陽能發電效率的主要因素，鑒于鈣鈦礦的復合氧化物具有獨特晶體結構，可顯著提高太陽能電池效率，圍繞鈣鈦礦展開的太陽能電池研發如火如荼。6月22日，新加坡國立大學研究團隊宣布，其在有效面積為1平方厘米的鈣鈦礦太陽能電池板上實現了24.35%的轉換效率，打破此前23.7%的世界紀錄。

新型吸光材料物美價廉

據了解，當前大部分太陽能電池板采用傳統硅基和碲化鎘薄膜，前者只能吸收太陽光譜中的一小部分，后者成本過高且會給環境帶來負面影響。

作為一種新型吸光材料，鈣鈦礦以高效率、低成本、低能耗、多應用場景等優勢被視為太陽能電池最具潛力的材料選擇。由鈣鈦礦制成的電池具有更高吸收系數，可以在陽光光譜上捕獲更大范圍的光子能量，從而提供更多能量。

鈣鈦礦電池生產比硅電池更具可持續性。去除硅中雜質需要高溫和大量能量，會產生大量碳排放，對尺寸還有一定要求；而鈣鈦礦電池非常薄，可以涂漆或噴涂在表面，生產成本相對較低。

斯坦福大學分析顯示，鈣鈦礦組件制造成本僅為每平方英尺0.25美元，而同等條件的硅組件制造成本約為每平方英尺2.5美元。

鈣鈦礦電池不僅可以用于室外太陽能電池板，還可以用于室內物聯網電源設備，即使在弱光照下也能工作。

美國CNBC新聞網指出，相較于標準商用硅基電池21%的效率，目前僅以鈣鈦礦為基礎的實驗室鈣鈦礦電池效率已經達到25.7%，而與硅結合的鈣鈦礦-硅串聯電池效率甚至高達31.25%。

“鈣鈦礦+硅”效率更高

隆基綠能日前宣布，經歐洲太陽能測試機構ESTI權威認證，其在商業級絨面CZ硅片上實現晶硅-鈣鈦礦疊層電池33.5%的轉換效率。這是迄今全球范圍內商業級CZ硅片的晶硅-鈣鈦礦疊層電池最高效率。

美國太陽能設備制造商CubicPV公司自2019年以來一直在開發鈣鈦礦-硅串聯電池，其由底部硅層和頂部鈣鈦礦層組成，效率可達30%。

CubicPV公司首席執行官弗蘭克*范米洛表示：“我們的優勢在于低成本制造方法，這使得產品具有經濟性。鈣鈦礦電池可以從太陽中提取更多能量，相信未來10年，整個行業都將轉向串聯。”

英國鈣鈦礦太陽能電池制造商牛津光伏公司也在生產鈣鈦礦-硅串聯電池，并聲稱自己的串聯電池效率可達28%，接下來將開發一種效率達37%的多層電池。牛津光伏公司表示，因為串聯電池提供更高的能量密度，最初價格將高于傳統硅基電池，但從整個使用壽命期間來看，其頗具經濟效益。

加州理工學院衍生公司Caelux也致力于將串聯電池商業化,目前正在與硅基組件公司合作，在傳統組件上添加一層鈣鈦礦玻璃，以將效率提高30%或更多。

商業化面臨諸多挑戰

不過，鈣鈦礦電池在進入市場之前，還面臨成本、耐用性和環保性的挑戰。

澳大利亞新南威爾士大學太陽能電池研究員馬丁*格林表示：“最大問題是鈣鈦礦-硅串聯電池是否具有商業可行所需的穩定性。根據公開數據，這種串聯電池即使被仔細封裝，也只能在戶外保存幾個月。”

對此，牛津光伏公司首席技術官克里斯*凱斯表示，其鈣鈦礦-硅串聯電池示范版本通過了預測太陽能組件使用壽命的加速壓力測試，設計壽命可達到25年至30年。

歐洲鈣鈦礦科技公司Evolar于去年對其封裝、半透明獨立鈣鈦礦模塊展開可靠性測試。結果表明，如果部署在室外，這些電池可以使用長達25年。值得一提的是，美國最大太陽能公司第一太陽能日前以3800萬美元價格收購了Evolar公司，旨在助推其鈣鈦礦電池技術商業化。

據了解，Evolar公司利用獨特的蒸發技術涂覆鈣鈦礦薄膜層，可實現以最低成本將電池能量提高25%。同時，該公司還在開展鈣鈦礦電池生產線的商業化推廣，該生產線可以無縫集成到硅生產線中，作為串聯電池生產升級。

美國CNBC新聞網報道稱，目前，全球多家企業都在嘗試鈣鈦礦電池商業化生產。今年初，日本積水化學工業株式會社和日本電信電話株式會社子公司NTT Data在東京和大阪建筑物外部安裝了鈣鈦礦電池，旨在通過一年時間測試其性能；松下公司則發明了一種噴墨打印機，可以打印出各種尺寸和形狀的不透明鈣鈦礦電池，可安裝在窗戶、墻壁、陽臺和其他表面的普通玻璃上。

日本桐蔭橫濱大學光電化學與能源教授宮坂力表示，到2030年，預計以鈣鈦礦為基礎的電池將占太陽能電池市場一半以上。

作者：王林 來源：中國能源報 責任編輯：jianping