瞻觀前沿
太陽能電池是一種利用太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，可以為人們提供清潔能源。為了提高太陽能電池的效率，科學(xué)家們一直在不斷尋找新的材料和技術(shù)。多結(jié)太陽能電池是一種可以制造成兩層以上并組裝成多結(jié)太陽能電池以提高效率的技術(shù)。然而，當(dāng)前的多結(jié)太陽能電池技術(shù)存在許多問題，例如能量損失導(dǎo)致電壓低以及設(shè)備在運(yùn)行過程中不穩(wěn)定。
新加坡國立大學(xué) ( NUS ) 的研究人員開發(fā)出一種新型的三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池，在 1 平方厘米的太陽能吸收面積上可實(shí)現(xiàn) 27.1% 的電力轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。標(biāo)志著迄今為止三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池的最高性能。這一突破是通過開發(fā)一種新型氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)的，該電池以其穩(wěn)定性和高能效而聞名。
NUS 的侯毅助理教授帶領(lǐng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次展示了氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦中太陽能電池開發(fā)出尖端的三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池，其性能超越了其他類似的多結(jié)太陽能電池。該突破性發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)過程發(fā)表在《自然》雜志上。
NUS 的團(tuán)隊(duì)對氰酸鹽進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以替代溴化物。研究人員采用各種分析方法證實(shí)氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，并制備了氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池。進(jìn)一步分析表明，摻入氰酸鹽有助于穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)并在鈣鈦礦內(nèi)形成關(guān)鍵相互作用，證明它如何成為基于鈣鈦礦的太陽能電池中鹵化物的可行替代品。
在評估性能時(shí)，NUS 的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，摻有氰酸鹽的鈣鈦礦太陽能電池可以達(dá)到更高電壓，并且能量損失顯著減少。研究人員還測試了新設(shè)計(jì)的鈣鈦礦太陽能電池，在受控條件下以最大功率連續(xù)運(yùn)行 300 小時(shí)。測試期結(jié)束后，太陽能電池保持穩(wěn)定，其容量達(dá)到 96% 以上。
技術(shù)價(jià)值觀察
鈣鈦礦電池屬于第三代新型太陽能電池，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理和硅基電池差異較大，需全新的工藝流程和產(chǎn)線設(shè)備，因此產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)差異較大。
鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈上游包括 TCO 玻璃、靶材、POE 膠膜、丁基膠等輔材以及鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備等設(shè)備，其中以鍍膜設(shè)備 ( PVD、RPD ) 、涂布機(jī)、激光設(shè)備為核心 ;中游為鈣鈦礦電池及組件制造 ;下游為鈣鈦礦電池應(yīng)用，包括 BIPV ( 光伏建筑一體化 ) 、車載光伏、室內(nèi)光伏等。
新加坡國立大學(xué) ( NUS ) 的研究人員開發(fā)出一種新型三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池，將一種新的陰離子氰酸鹽集成到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，在 1 平方厘米的太陽能吸收面積上可實(shí)現(xiàn) 27.1% 的電力轉(zhuǎn)換效率。該電池處于鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)。
宏觀市場觀察
鈣鈦礦電池發(fā)電原理為光生伏特效應(yīng)
鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，其發(fā)電原理基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，利用電子和空穴對產(chǎn)生電流。鈣鈦礦電池器件的工作機(jī)制總體可以被劃分為五個(gè)過程：光子吸收過程、激子擴(kuò)散過程、激子解離過程、載流子傳輸過程以及電荷收集過程。經(jīng)過五個(gè)過程后，自由電子通過電子傳輸層后被陰極層收集，自由空穴通過空穴傳輸層后被陽極收集，兩極形成電勢差，電池與外加負(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中形成電流。
鈣鈦礦電池優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率高 + 成本低
鈣鈦礦電池的研究起步較晚，但其轉(zhuǎn)換效率進(jìn)步速度遠(yuǎn)快于晶硅電池。單結(jié)鈣鈦礦電池僅用十余年時(shí)間就將轉(zhuǎn)換效率從 3.8% 提升至 26.1%，晶硅 / 鈣鈦礦疊層電池轉(zhuǎn)換效率更是迅速升至 33.9%，而晶硅太陽能電池達(dá)到 26.1% 的轉(zhuǎn)換效率用了近 40 年。
鈣鈦礦電池突飛猛進(jìn)的發(fā)展得益于其優(yōu)秀的光電性質(zhì)。相比晶硅材料，鈣鈦礦材料具有更高的光吸收系數(shù)，且其電子和空穴的擴(kuò)散長度大于百微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈣鈦礦材料對光子的吸收深度，有利于自由電子和空穴的輸運(yùn)，可被陰陽電極完全收集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)化效率。
鈣鈦礦設(shè)備端各環(huán)節(jié)均有本土化布局
鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)共需要鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備四種設(shè)備，其中，鍍膜設(shè)備供應(yīng)商包括捷佳偉創(chuàng)、京山輕機(jī)、微導(dǎo)納米、眾能光電、理想晶延、紅太陽、奧來德等 ; 涂布設(shè)備供應(yīng)商包括德滬涂膜、曼恩斯特 ; 激光設(shè)備供應(yīng)商包括大族激光、帝爾激光、德龍激光、邁為股份、杰普特等 ; 封裝設(shè)備供應(yīng)商主要有弗斯邁。鈣鈦礦組件生產(chǎn)中材料、工藝、設(shè)備互相配合鑄就鈣鈦礦企業(yè)的核心競爭力。
鈣鈦礦設(shè)備端發(fā)展較快，各工藝環(huán)節(jié)均有國內(nèi)本土公司布局，且領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)擁有整線設(shè)備的生產(chǎn)能力。目前捷佳偉創(chuàng)與眾能光電具備整線設(shè)備的生產(chǎn)能力，捷佳偉創(chuàng)設(shè)備種類涵蓋 RPD、PVD、PAR、CVD、蒸發(fā)鍍膜及精密狹縫涂布、晶硅疊層印刷等 ; 眾能光電已與國內(nèi)大型央國企、民營企業(yè)和知名高校科研機(jī)構(gòu)累計(jì)完成近 200 個(gè)單體工藝設(shè)備交付，產(chǎn)品包括涂布機(jī)、刮涂機(jī)、激光刻蝕機(jī)、PVD 和 ALD 等。
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在華東地區(qū)，尤其是 揚(yáng)州市成為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于鈣鈦礦電池研發(fā)，成為潛在的鈣鈦礦電池技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布華東地區(qū)有極大的可能性成為鈣鈦礦電池技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注江蘇省揚(yáng)州市高郵市、江蘇省常州市天寧區(qū)、江蘇省常州市鐘樓區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場。
太陽能電池是一種利用太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，可以為人們提供清潔能源。為了提高太陽能電池的效率，科學(xué)家們一直在不斷尋找新的材料和技術(shù)。多結(jié)太陽能電池是一種可以制造成兩層以上并組裝成多結(jié)太陽能電池以提高效率的技術(shù)。然而，當(dāng)前的多結(jié)太陽能電池技術(shù)存在許多問題，例如能量損失導(dǎo)致電壓低以及設(shè)備在運(yùn)行過程中不穩(wěn)定。
新加坡國立大學(xué) ( NUS ) 的研究人員開發(fā)出一種新型的三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池，在 1 平方厘米的太陽能吸收面積上可實(shí)現(xiàn) 27.1% 的電力轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。標(biāo)志著迄今為止三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池的最高性能。這一突破是通過開發(fā)一種新型氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)的，該電池以其穩(wěn)定性和高能效而聞名。
NUS 的侯毅助理教授帶領(lǐng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次展示了氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦中太陽能電池開發(fā)出尖端的三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池，其性能超越了其他類似的多結(jié)太陽能電池。該突破性發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)過程發(fā)表在《自然》雜志上。
NUS 的團(tuán)隊(duì)對氰酸鹽進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以替代溴化物。研究人員采用各種分析方法證實(shí)氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，并制備了氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池。進(jìn)一步分析表明，摻入氰酸鹽有助于穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)并在鈣鈦礦內(nèi)形成關(guān)鍵相互作用，證明它如何成為基于鈣鈦礦的太陽能電池中鹵化物的可行替代品。
在評估性能時(shí)，NUS 的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，摻有氰酸鹽的鈣鈦礦太陽能電池可以達(dá)到更高電壓，并且能量損失顯著減少。研究人員還測試了新設(shè)計(jì)的鈣鈦礦太陽能電池，在受控條件下以最大功率連續(xù)運(yùn)行 300 小時(shí)。測試期結(jié)束后，太陽能電池保持穩(wěn)定，其容量達(dá)到 96% 以上。
技術(shù)價(jià)值觀察
鈣鈦礦電池屬于第三代新型太陽能電池，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理和硅基電池差異較大，需全新的工藝流程和產(chǎn)線設(shè)備，因此產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)差異較大。
鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈上游包括 TCO 玻璃、靶材、POE 膠膜、丁基膠等輔材以及鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備等設(shè)備，其中以鍍膜設(shè)備 ( PVD、RPD ) 、涂布機(jī)、激光設(shè)備為核心 ;中游為鈣鈦礦電池及組件制造 ;下游為鈣鈦礦電池應(yīng)用，包括 BIPV ( 光伏建筑一體化 ) 、車載光伏、室內(nèi)光伏等。
新加坡國立大學(xué) ( NUS ) 的研究人員開發(fā)出一種新型三結(jié)鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)太陽能電池，將一種新的陰離子氰酸鹽集成到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，在 1 平方厘米的太陽能吸收面積上可實(shí)現(xiàn) 27.1% 的電力轉(zhuǎn)換效率。該電池處于鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)。
宏觀市場觀察
鈣鈦礦電池發(fā)電原理為光生伏特效應(yīng)
鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，其發(fā)電原理基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，利用電子和空穴對產(chǎn)生電流。鈣鈦礦電池器件的工作機(jī)制總體可以被劃分為五個(gè)過程：光子吸收過程、激子擴(kuò)散過程、激子解離過程、載流子傳輸過程以及電荷收集過程。經(jīng)過五個(gè)過程后，自由電子通過電子傳輸層后被陰極層收集，自由空穴通過空穴傳輸層后被陽極收集，兩極形成電勢差，電池與外加負(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中形成電流。
鈣鈦礦電池優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率高 + 成本低
鈣鈦礦電池的研究起步較晚，但其轉(zhuǎn)換效率進(jìn)步速度遠(yuǎn)快于晶硅電池。單結(jié)鈣鈦礦電池僅用十余年時(shí)間就將轉(zhuǎn)換效率從 3.8% 提升至 26.1%，晶硅 / 鈣鈦礦疊層電池轉(zhuǎn)換效率更是迅速升至 33.9%，而晶硅太陽能電池達(dá)到 26.1% 的轉(zhuǎn)換效率用了近 40 年。
鈣鈦礦電池突飛猛進(jìn)的發(fā)展得益于其優(yōu)秀的光電性質(zhì)。相比晶硅材料，鈣鈦礦材料具有更高的光吸收系數(shù)，且其電子和空穴的擴(kuò)散長度大于百微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈣鈦礦材料對光子的吸收深度，有利于自由電子和空穴的輸運(yùn)，可被陰陽電極完全收集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)化效率。
鈣鈦礦設(shè)備端各環(huán)節(jié)均有本土化布局
鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)共需要鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備四種設(shè)備，其中，鍍膜設(shè)備供應(yīng)商包括捷佳偉創(chuàng)、京山輕機(jī)、微導(dǎo)納米、眾能光電、理想晶延、紅太陽、奧來德等 ; 涂布設(shè)備供應(yīng)商包括德滬涂膜、曼恩斯特 ; 激光設(shè)備供應(yīng)商包括大族激光、帝爾激光、德龍激光、邁為股份、杰普特等 ; 封裝設(shè)備供應(yīng)商主要有弗斯邁。鈣鈦礦組件生產(chǎn)中材料、工藝、設(shè)備互相配合鑄就鈣鈦礦企業(yè)的核心競爭力。
鈣鈦礦設(shè)備端發(fā)展較快，各工藝環(huán)節(jié)均有國內(nèi)本土公司布局，且領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)擁有整線設(shè)備的生產(chǎn)能力。目前捷佳偉創(chuàng)與眾能光電具備整線設(shè)備的生產(chǎn)能力，捷佳偉創(chuàng)設(shè)備種類涵蓋 RPD、PVD、PAR、CVD、蒸發(fā)鍍膜及精密狹縫涂布、晶硅疊層印刷等 ; 眾能光電已與國內(nèi)大型央國企、民營企業(yè)和知名高校科研機(jī)構(gòu)累計(jì)完成近 200 個(gè)單體工藝設(shè)備交付，產(chǎn)品包括涂布機(jī)、刮涂機(jī)、激光刻蝕機(jī)、PVD 和 ALD 等。
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在華東地區(qū)，尤其是 揚(yáng)州市成為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于鈣鈦礦電池研發(fā)，成為潛在的鈣鈦礦電池技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布華東地區(qū)有極大的可能性成為鈣鈦礦電池技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注江蘇省揚(yáng)州市高郵市、江蘇省常州市天寧區(qū)、江蘇省常州市鐘樓區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場。
