1839年，在俄羅斯烏拉爾山脈，德國礦物學家GustavRose發現了礦物質鈦酸鈣CaTiO3，之后俄國礦物學家Lev Alekseyevich von Perovski將其命名為“Perovskite”。后來ABO3型氧化物的簡單鈣鈦礦被廣泛研究， 于是人們以“perovskite”一詞來描述龐大的鈣鈦礦家族及其衍生化合物。

【資料圖】

目前光伏領域的鈣鈦礦材料是指具有半導體特性的鹵素鈣鈦礦材料ABX3。其中A為有機陽離子，B為金屬離子，X為鹵素基團。該結構中，金屬B原子位于立方晶胞體心處，鹵素X原子位于立方體面心，有機陽離子A位于立方體頂點位置。相比于以共棱、共面形式連接的結構，鈣鈦礦結構更加穩定，有利于缺陷的擴散遷移。

鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），是利用全固態鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。鈣鈦礦材料是ABX3型八面體結構，原材料儲量豐富，可廣泛由人工合成；鈣鈦礦材料具備高光電吸收系數、長載流子擴散長度、淺缺陷能級，多方面促成鈣鈦礦光電損失小。

鈣鈦礦電池具備光電損失小、帶隙可調節特點， 疊加疊層技術，可實現接近兩倍晶硅電池效率，未來應用潛力極大。根據Shockley-Queisser極限，單結太陽能電池吸光材料的禁帶寬度在1.34eV時，其理論光電轉換效率可達最高的33.7%，典型的甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)鈣鈦礦帶隙為1.55eV，接近最優帶隙，單結效率上限可達30%以上。目前鈣鈦礦最高單結效率已達到25.7%。

鈣鈦礦組件生產流程簡單，可在45分鐘內將化工原料、玻璃、靶材、膠膜在單一工廠加工為組件， 目前GW級別晶硅組件產能投資需要7.5億元，鈣鈦礦組件投資需5-7億元，略低于晶硅。同時鈣鈦礦電池也能夠有效降低組件生產成本，以協鑫光電為例，GW級別量產，鈣鈦礦材料占比3.1%，組件成本<1.0元/W，5-10GW級別量產，組件成本可降至0.5-0.6元/W。

鈣鈦礦電池目前研究進展主要分為單結電池和多結疊層電池。鈣鈦礦單結電池不需要依托PN結就能產生光生伏特效應，結構簡單，僅有五層；由于鈣鈦礦帶隙可調節，因此可以搭配其他半導體材料進行疊層，疊層后的多結電池可以覆蓋大部分帶隙，實現光子全方位吸收，實現電池效率成倍增長。

其中疊層電池由于理論效率更高，更有發展潛力。目前主流鈣鈦礦疊層技術為：鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層、鈣鈦礦/ CIGS疊層，由于鈣鈦礦/晶硅疊層具備底電池（晶硅電池）技術成熟穩定的優勢，在諸多疊層中研究進展最快，實驗室效率領先。兩端疊層方式，是指子電池通過互聯界面串聯，僅需一個透明電極，成本較低，在工藝方面具備發展前景。

疊層的結數越多，理論上可以獲得更高的效率，但是考慮到成本，目前兩結疊層電池為主要應用方向；鈣鈦礦/晶硅疊層和鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層的電池效率較高，分別為32.5%和28%，成為目前疊層電池研究領域的焦點，鈣鈦礦/CIGS 疊層電池效率也獲得了很大提升，成為下一代光伏電池很有潛力的競爭者。

對于許多有硅技術積累的公司來說，晶硅疊加鈣鈦礦是一個既能利用原有產線和技術積累、又能降本增效的路線。相較與Topcon 疊層，鈣鈦礦與 HJT疊層更合適，需要做的改造更少，同時鈣鈦礦/HJT 疊層電池為串聯結構，輸出超高電壓，提高轉換效率。目前HJT-鈣鈦礦疊層電池實驗轉換效率目前已達到 31.3%。

目前國內廠商在鈣鈦礦領域的進展迅速，具體包括：

杭蕭鋼構：2022 年底投產首條 100MW 晶硅薄膜+鈣鈦礦疊層電池中試線

華晟新能源：已完成HJT-鈣鈦礦中試線，實現M6大面積疊層均勻制備

通威股份 ：鈣鈦礦實驗室已經建立完成，首塊鈣鈦礦電池有望年內下線

寶馨科技：計劃2年內完成 100MW 鈣礦或 HJT-鈣鈦礦疊層電池產線

曜能光電：2022 年下半年開始建設中試車間，預計 2023 年建成

隆基綠能：公布鈣鈦礦-異質結疊層電池專利

天合光能：正在開展鈣鈦礦/晶硅兩端疊層太陽電池的設計、制備研究

黑晶光電：串聯型鈣鈦礦/PERC疊層電池達到目前該類電池的最高光電轉換水平

奧聯電子：計劃2023 年50MW鈣礦中試線投產，2024 年600MW 鈣礦裝備和120MW 礦電池組件生產線投產

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