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攪動產(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)律下的太陽能電池能量轉(zhuǎn)化率最高可以達到33%，此后的漫長時間里，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。在當前太陽能電池領(lǐng)域，晶體硅電池稱王已是不爭的事實。1954年，第一塊現(xiàn)代太陽能電池在美國貝爾實驗室誕生，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26%，全球的光伏電站也被藍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越窄。在通往其29%的極限效率終點過程中，每0.1個百分點的提升都意味著人類在科研上對一座珠峰的征服。

即便晶體硅電池在當下仍然占據(jù)著太陽能電池的王位，但在時間隧道的隱秘之處，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年時間便拿出了媲美晶體硅電池65年所取得效率的成績單。

這個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的效率只有3.8%，但是10年后的今天，鈣鈦礦電池的實驗室效率便躍升至25.2%，疊加鈣鈦礦電池在晶體硅之上的效率更是高達28%。

來自科研界的結(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)計出的電池效率理論上可以達到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43%。

“現(xiàn)在，實驗室中鈣鈦礦電池已經(jīng)和晶硅最高效率相當，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半百分點，同時解決一些穩(wěn)定性的問題，這樣經(jīng)過3~4年的時間，鈣鈦礦電池可以達到目前晶體硅產(chǎn)線的效率水平。而且，鈣鈦礦相比晶體硅經(jīng)濟性更強，所以這個時間可能會更短�！弊鳛殁}鈦礦太陽能組件效率世界紀錄的保持者，杭州纖納光電科技有限公司（下簡稱“纖納光電”）CEO姚冀眾接受《能源》記者采訪時說。

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、金風(fēng)科技、協(xié)鑫集團、通威以及國際上的牛津光伏等能源企業(yè)大筆的投入資金。

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

資本的嗅覺是商業(yè)的風(fēng)向標。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攪動產(chǎn)業(yè)風(fēng)云、催生商業(yè)浪潮的革命者嗎？

實驗室新寵

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

太陽能電池最高確認轉(zhuǎn)換效率

在NREL發(fā)布的太陽能電池效率圖表中，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，德國化學(xué)家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山探險時發(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，鈣鈦礦電池成為國內(nèi)外頂尖高校實驗室研究的目標。

“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題，但是它確確實實引起了研究界的注意力�！�9月4日，在第二屆中澳科學(xué)未來會議上，對于鈣鈦礦，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》雜志記者采訪時說。

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

“這種新一代太陽能電池材料在過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能電池那樣有效，但正以飛快的速度改進�！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”（對遴選出的可能摘取諾貝爾獎的全球最具影響力的研究人員所頒發(fā)的獎項，自2002年以來，每年發(fā)布的引文桂冠獎已成功預(yù)測了39位諾貝爾獎得主）。此時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轉(zhuǎn)換效率圖表。新興光電技術(shù)中，由韓國化學(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到25.2%，成為新興光電技術(shù)中首個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《國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”等重點專項2019年度項目申報指南》，其中在太陽能行業(yè)便率先提到了開展穩(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小時后，效率衰減≤10%。

目前，鈣鈦礦電池25.2%的最高效率是在實驗室取得的，電池面積小于1cm ，且屬于非穩(wěn)態(tài)。但伴隨著實驗室成果的持續(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)化要求進擊。