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如果對光伏行業(yè)有了解，一定知道鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）。這是一類利用鈣鈦礦型材料作為吸光層的新型化合物薄膜太陽能電池，是具有ABX3結(jié)構(gòu)的晶體材料的總稱，可選的材質(zhì)種類眾多。如今，在即將于大阪舉行的2025年世博會上，日本正在開始進行鈣鈦礦的規(guī)模應(yīng)用，用于會場周邊的交通樞紐照明發(fā)電。筆者認為，鈣鈦礦電池走到我們身邊的時間并不會太遙遠，但仍要解決很多應(yīng)用問題。
鈣鈦礦電池率先在日本投入規(guī)模應(yīng)用有跡可循。自鈣鈦礦電池概念自2012年出現(xiàn)以來，日本通過補貼和其他支持手段推動鈣鈦礦超薄膜電池的研究和產(chǎn)業(yè)化。加上中國、歐美等地區(qū)的科研成果，如今的鈣鈦礦電池距離產(chǎn)業(yè)化只差臨門一腳。根據(jù)相關(guān)研究，鈣鈦礦單結(jié)電池理論功率轉(zhuǎn)換效率可達33%，鈣鈦礦—晶硅疊層電池理論功率轉(zhuǎn)換效率可達到43%，鈣鈦礦—鈣鈦礦疊層理論功率轉(zhuǎn)換效率可達到45%，遠大于商用硅電池板18%至22%的功率轉(zhuǎn)換效率。對于光伏產(chǎn)業(yè)來說，光伏功率轉(zhuǎn)換效率每提高1%，對應(yīng)每千瓦時電成本下降5%到7%。2023年，加拿大和美國科研團隊都成功制備出初具雛形的可商用鈣鈦礦電池，日本則攻克了鈣鈦礦電池里的微米級鈣鈦礦層制備技術(shù)，所制作電池的重量只有目前太陽能電池的十分之一，厚度只有二十分之一。
根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，積水化學和東芝等公司預計最早將于2025年開始量產(chǎn)鈣鈦礦電池。日本政府也已撥出4億多美元預算，幫助企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)鈣鈦礦電池。日本政府在去年4月還放出豪言，計劃將在2030年普及以鈣鈦礦電池為核心的柔性太陽能電池板，并且將太陽能電池的光電功率轉(zhuǎn)換效率提升至35%。但是，愿景歸愿景，仍有三大難題阻礙鈣鈦礦電池發(fā)展。首先，相比于單晶硅和多晶硅，鈣鈦礦材料是一種離子材料，更容易受潮或氧化降解，對于需要持續(xù)工作10年以上乃至30年以上的電池來說是個巨大的考驗。其次，由于鈣鈦礦并不是一種晶體，所以電池越寬就越難形成薄而均勻的鈣鈦礦層，導致大面積尺寸電池的功率轉(zhuǎn)換效率低于20%，并且電池內(nèi)部短路等問題會導致光電轉(zhuǎn)換效率下降。最后，吉瓦級規(guī)?；a(chǎn)鈣鈦礦電池依舊有難度。從目前的發(fā)展狀況看，這三大難題的解決難度依次遞減，但仍然制約了鈣鈦礦電池應(yīng)用。
