種種跡象表明，鈣鈦礦似乎正以新的顛覆者的角色殺入產(chǎn)業(yè)，它能真正成為下一個(gè)攪動(dòng)產(chǎn)業(yè)風(fēng)云、催生商業(yè)浪潮的革命者嗎？

一百多年前，法國(guó)物理學(xué)家A.E.貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)（光伏），而后物理學(xué)規(guī)律下的太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化率最高可以達(dá)到33%，此后的漫長(zhǎng)時(shí)間里，全世界的科學(xué)家都試圖接近這一理論極限。

光伏產(chǎn)業(yè)是能源史上技術(shù)迭代突出的產(chǎn)業(yè)之一，電池材料、技術(shù)在效率和效益的倒逼下不斷掀起新的產(chǎn)業(yè)潮流。在當(dāng)前太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，晶體硅電池稱王已是不爭(zhēng)的事實(shí)。1954年，第一塊現(xiàn)代太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后的光電轉(zhuǎn)換效率僅為6%。65年后，晶體硅電池的最高效率已經(jīng)超過(guò)26%，全球的光伏電站也被藍(lán)色的多晶硅組件和黑色的單晶硅組件瓜分殆盡。

但在物理法則下，晶體硅電池的效率提升之路正變得越來(lái)越窄。在通往其29%的極限效率終點(diǎn)過(guò)程中，每0.1個(gè)百分點(diǎn)的提升都意味著人類在科研上對(duì)一座珠峰的征服。

即便晶體硅電池在當(dāng)下仍然占據(jù)著太陽(yáng)能電池的王位，但在時(shí)間隧道的隱秘之處，新的光伏顛覆者似乎已經(jīng)磨刀霍霍。尤為注意的是，相比而言它只用了10年時(shí)間便拿出了媲美晶體硅電池65年所取得效率的成績(jī)單。

這個(gè)新的顛覆者就是鈣鈦礦電池，是晶體硅電池、薄膜電池之后的第三代光伏電池之中的突圍者。

2009年，鈣鈦礦電池第一次面世時(shí)的效率只有3.8%，但是10年后的今天，鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率便躍升至25.2%，疊加鈣鈦礦電池在晶體硅之上的效率更是高達(dá)28%。

來(lái)自科研界的結(jié)論顯示，相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的效率上限更高，設(shè)計(jì)出的電池效率理論上可以達(dá)到33%的效率極限，而由鈣鈦礦電池和晶體硅組成的的疊層電池理論轉(zhuǎn)換率極限更是高達(dá)43%。

“現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)室中鈣鈦礦電池已經(jīng)和晶硅最高效率相當(dāng)，大面積的鈣鈦礦電池組件的效率基本上可以做到每年提升一個(gè)半百分點(diǎn)，同時(shí)解決一些穩(wěn)定性的問(wèn)題，這樣經(jīng)過(guò)3~4年的時(shí)間，鈣鈦礦電池可以達(dá)到目前晶體硅產(chǎn)線的效率水平。而且，鈣鈦礦相比晶體硅經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，所以這個(gè)時(shí)間可能會(huì)更短。”作為鈣鈦礦太陽(yáng)能組件效率世界紀(jì)錄的保持者，杭州纖納光電科技有限公司（下簡(jiǎn)稱“纖納光電”）CEO姚冀眾接受《能源》記者采訪時(shí)說(shuō)。

盡管鈣鈦礦電池目前在穩(wěn)定性、大面積制備等方面還存在問(wèn)題，但是其飛速提升的效率和發(fā)展前景已經(jīng)讓包括三峽集團(tuán)、金風(fēng)科技、協(xié)鑫集團(tuán)、通威以及國(guó)際上的牛津光伏等能源企業(yè)大筆的投入資金。

與此同時(shí)，針對(duì)鈣鈦礦電池中的種種問(wèn)題，中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)、瑞士等國(guó)的眾多頂級(jí)科研院校近年來(lái)頻頻取得突破。2018年至今在《自然》和《科學(xué)》上發(fā)表的關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池/LED的論文便高達(dá)16篇，其中有8篇來(lái)自中國(guó)或外籍華人之手。

資本的嗅覺(jué)是商業(yè)的風(fēng)向標(biāo)。種種跡象表明，鈣鈦礦似乎正以新的顛覆者的角色殺入產(chǎn)業(yè)，它能真正成為下一個(gè)攪動(dòng)產(chǎn)業(yè)風(fēng)云、催生商業(yè)浪潮的革命者嗎？

實(shí)驗(yàn)室新寵

美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）是光伏世界各類產(chǎn)品效率比拼最權(quán)威的競(jìng)技臺(tái)，2019年，這家在業(yè)內(nèi)聲名顯赫的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一份報(bào)告，這份報(bào)告中有一張1976年到現(xiàn)在的一系列光伏技術(shù)研究電池的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表，從這張表上可以看到太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展最前沿的科研成果。

太陽(yáng)能電池最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率

在NREL發(fā)布的太陽(yáng)能電池效率圖表中，晶體硅電池技術(shù)、薄膜技術(shù)和新興光電技術(shù)是最為人所關(guān)注的三類效率曲線，目前光伏產(chǎn)業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)均出自這三類電池技術(shù)，分別用藍(lán)色、綠色和黃色區(qū)分。

鈣鈦礦電池便是新興光電技術(shù)的黃色區(qū)域中的一員。

1839年，德國(guó)化學(xué)家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山探險(xiǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一種鈣鈦礦——天然礦物鈦酸鈣（CaTiO ），從此以后，學(xué)術(shù)界的研究人員便把所有具有ABX 結(jié)構(gòu)的晶體材料統(tǒng)稱為鈣鈦礦。

2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka率先將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽(yáng)能電池作為吸光材料，獲得了3.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。自此之后，鈣鈦礦電池成為國(guó)內(nèi)外頂尖高校實(shí)驗(yàn)室研究的目標(biāo)。

“鈣鈦礦電池在穩(wěn)定性和有毒物質(zhì)鉛方面還存在一定的問(wèn)題，但是它確確實(shí)實(shí)引起了研究界的注意力�！�9月4日，在第二屆中澳科學(xué)未來(lái)會(huì)議上，對(duì)于鈣鈦礦，素有“光伏之父”之稱的悉尼新南威爾士大學(xué)（UNSW Sydney）馬丁·格林（Martin Green）教授接受《能源》雜志記者采訪時(shí)說(shuō)。

2013年12月20日，鈣鈦礦入選美國(guó)《科學(xué)》2013年十大科學(xué)突破。

“這種新一代太陽(yáng)能電池材料在過(guò)去一年中獲得大量關(guān)注，它比傳統(tǒng)的硅電池要更便宜且更易生產(chǎn)。鈣鈦礦電池還不及商用太陽(yáng)能電池那樣有效，但正以飛快的速度改進(jìn)�！薄犊茖W(xué)》如此描述。

在鈣鈦礦電池面世八年之后的2017年，Tsutomu Miyasaka又與韓國(guó)成均館大學(xué)Nam-Gyu Park、教授牛津大學(xué)物理學(xué)Henry J. Snaith教授因共同發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)有效的能源轉(zhuǎn)換，榮獲化學(xué)領(lǐng)域2017年度“引文桂冠獎(jiǎng)”（對(duì)遴選出的可能摘取諾貝爾獎(jiǎng)的全球最具影響力的研究人員所頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)，自2002年以來(lái)，每年發(fā)布的引文桂冠獎(jiǎng)已成功預(yù)測(cè)了39位諾貝爾獎(jiǎng)得主）。此時(shí)鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)突破了20%。

2019年8月2日，NREL發(fā)布了最新的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表。新興光電技術(shù)中，由韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所和麻省理工學(xué)院共同創(chuàng)造的鈣鈦礦電池的最高效率達(dá)到25.2%，成為新興光電技術(shù)中首個(gè)超越第二代薄膜電池（最高效率為銅銦鎵硒電池的23.4%），擠入晶體硅電池最高效率行列的三代光伏電池技術(shù)。

2019年6月，科技部發(fā)布《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”等重點(diǎn)專項(xiàng)2019年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，其中在太陽(yáng)能行業(yè)便率先提到了開(kāi)展穩(wěn)定大面積鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)及成套技術(shù)研發(fā)。關(guān)鍵指標(biāo)方面要求大面積鈣鈦礦光伏電池效率≥19%（面積>20cm×20cm），室溫25℃，AM1.5光照1000小時(shí)后，效率衰減≤10%。

目前，鈣鈦礦電池25.2%的最高效率是在實(shí)驗(yàn)室取得的，電池面積小于1cm ，且屬于非穩(wěn)態(tài)。但伴隨著實(shí)驗(yàn)室成果的持續(xù)突破，鈣鈦礦電池正在走出象牙塔，向著更大面積、更加穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)化要求進(jìn)擊。