牛津光伏德國有限公司

現(xiàn)實的三座大山

在實驗室中，為了追求極致的效率和性能，新技術(shù)的研究往往是不計代價的。但是新技術(shù)進入現(xiàn)實世界，實驗室中許多忽略的代價都將成為聚光燈下為人所爭議的問題。

鈣鈦礦電池也不例外，盡管其效率上限高、工藝簡單、發(fā)展速度快的實驗室表現(xiàn)足夠驚艷，但是走出實驗室的鈣鈦礦電池還需要面對更多的挑戰(zhàn)。不穩(wěn)定、有毒和面積小便是其不得不面對的三座大山。

由于離子組成的鈣鈦礦半導體天生結(jié)構(gòu)“柔弱”，工作條件下受光照、電場、溫度、水氧等作用的影響會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，導致半導體材料發(fā)生結(jié)構(gòu)改變甚至分解；分解逃逸出來的離子還會進入到電荷傳輸層或者電極層，進一步破壞光電轉(zhuǎn)換功能，造成整體器件效率的顯著降低。

面對鈣鈦礦電池技術(shù)的洶涌發(fā)展，在晶體硅電池方面獲得巨大成功的馬丁·格林教授也指出其在穩(wěn)定性方面的弊病。

“在接受光照的前八個月，最優(yōu)質(zhì)的鈣鈦礦能夠保留它97%的性能，而標準硅電池在第一年的衰退率是低于2%～3%的，在隨后25～30年的時間中，標準硅電池每年的衰退率不超過0.5%。相比目前標準的，市場上商業(yè)化的光伏產(chǎn)品來講，鈣鈦礦穩(wěn)定性不足是比較大的問題�！瘪R丁·格林一針見血地指出。

在晶體硅電池中，單晶電池在初期2-3個月的光照情況下，光致衰減達到峰值，一般為3%左右，稱為初始光衰（LID）現(xiàn)象。第一年累計衰減2.5%左右，以后每年衰減不超過0.55%；多晶電池基本不存在LID現(xiàn)象，但是隨著光照時間的延長，多晶電池功率持續(xù)衰退直至較低水平，通常多晶電池第一年衰減2.5%，以后平均每年衰減0.73%左右。

但今年7月份，一篇發(fā)表在《自然》上利用離子液體提高鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的文章指出，其所研究的鈣鈦礦太陽能電池在70-75℃的全光譜太陽光照射下連續(xù)運行超過1800小時（75天）后，最穩(wěn)定的封裝器件的性能僅下降了5%左右；此外，器件下降到其峰值性能的80%所需的時間約是5200小時（216天）。

馬英壯認為，雖然大家非常關(guān)注鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性，但這并不代表它的壽命一定會低。鈣鈦礦電池分解的主要原因是水汽，如果能把水汽隔絕掉，能夠達到光伏組件實際使用要求。所以，目前鈣鈦礦電池壽命低是因為沒有很好的保護方法，所用的封裝工藝基本都是沿襲的晶體硅電池，后期針對封裝必然要進行優(yōu)化。

在穩(wěn)定性之外，大多數(shù)鈣鈦礦電池中含有有毒物質(zhì)鉛，這也成為其另一個為人所詬病的缺點。

“現(xiàn)在大部分的鈣鈦礦材料中都含有重金屬鉛，這可能會對人類健康產(chǎn)生不良影響。此外，鈣態(tài)礦還能夠溶于水，一旦析出到周圍環(huán)境中，無疑將會產(chǎn)生污染�，F(xiàn)在有很多研究人員在考慮能不能把鉛分離出來，但是目前還有一些困難�！瘪R丁·格林補充道。

上�？萍即髮W教授寧志軍則獨辟蹊徑，所走的路線是非鉛鈣鈦礦電池。寧志軍的非鉛鈣鈦礦電池指的是用錫替代鈣鈦礦具電池中的鉛，制作出來的鈣鈦礦電池比鉛鈣鈦礦更接近太陽能電池材料的理想帶隙，具有更高的理論光電轉(zhuǎn)化效率。

目前，錫鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了9.41%的光電轉(zhuǎn)化效率，是目前穩(wěn)態(tài)輸出效率最高的非鉛鈣鈦礦太陽能電池。但錫鈣鈦礦穩(wěn)定性同樣較差，極大限制了錫鈣鈦礦電池效率的提高。如何提高材料的穩(wěn)定性是目前錫鈣鈦礦太陽能電池開發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)。

除了穩(wěn)定性和毒性這些材料本身的問題，能否制備出大面積的鈣鈦礦電池也是非�，F(xiàn)實的挑戰(zhàn)。即便是目前協(xié)鑫納米所做的目前全球最大的鈣鈦礦組件，其1200cm 的組件面積仍不足目前常規(guī)晶體硅電池組件（1.6m）的十分之一。

王森認為，大家之所以選擇鈣鈦礦電池技術(shù)，根本的原因就在于它能夠產(chǎn)生一個更高的效率。但是單結(jié)的鈣鈦礦電池想在超過1m 的面積上實現(xiàn)超過20%效率的產(chǎn)品，難度非常大。而鈣鈦礦的晶體硅疊層電池只需要做到和晶體硅的M2（156.75mm）或者M4（161.7mm）硅片一個尺寸，然后通過封裝實現(xiàn)大面積，這種方式相比直接沉積一個大面積的尺寸要容易的多。

毋庸置疑，處于產(chǎn)業(yè)化初期階段的鈣鈦礦電池顯得有些勢單力薄，一方面產(chǎn)業(yè)鏈上下游幾近空白，相應(yīng)的設(shè)備、原料都要自力更生；另一方面，許多的鈣鈦礦產(chǎn)品都是首次面世，缺乏相應(yīng)的效率測試和認證標準。

公開信息報道顯示，協(xié)鑫納米1200cm的鈣鈦礦電池組件是目前已有的最大面積的鈣鈦礦產(chǎn)品，其效率測試和認證由德國萊茵TüV完成�！扳}鈦礦電池效率的檢測在技術(shù)上并不復雜，但是如果形成標準化還需要得到行業(yè)的認可。我們已經(jīng)做了一些鈣鈦礦電池的檢測，但是正式的檢測方法、標準還沒有公開，后續(xù)會向公眾公布�！钡聡�萊茵TüV大中華區(qū)太陽能服務(wù)副總裁鄒馳騁告訴記者。

對于鈣鈦礦電池的效率認證，馬丁·格林認為：“鈣鈦礦不是特別穩(wěn)定，所以它的效率檢測相比標準硅電池更加困難，現(xiàn)在用的不同的檢測方法和流程來對它進行檢測，基本上只能做小范圍的，因為太陽能模擬器比較小，只能覆蓋一個地方。如果做大規(guī)模的檢測，只能在室外，但是對于鈣鈦礦而言就非常困難，因為檢測程序非常復雜�！�

9月10日下午，在溫州舉行的智慧能源與綠色發(fā)展論壇上，寧志軍做了題為《鈣鈦礦太陽能電池的機遇與挑戰(zhàn)》的演講，他說，如果鈣鈦礦電池達到20%的效率，總的成本大概可以控制到1元/瓦。

“鈣鈦礦電池本身材料很便宜，只占到14%左右的成本，主要成本來自導電玻璃，如果導電玻璃大規(guī)模生產(chǎn)，鈣鈦礦電池成本將進一步降低。在效率達到20%的前提下，鈣鈦礦電池的度電成本將小于0.2元/千瓦時。如果效率進一步提高，那么使用鈣鈦礦電池后的度電成本可能會進一步降低�！睂幹拒娬f。

但，誠如寧志軍所言，一切都還只是設(shè)想。當下火熱的鈣鈦礦電池想要真正成為光伏顛覆者，前半程的技術(shù)潛力已經(jīng)讓世人感到震撼，而后半程能否跨越不穩(wěn)定、有毒和小面積這三座大山，尚未有人能給出答案。