鈣鈦礦行業處于 0->1 的成長初期:2022 上半年以來,國內頻出鈣鈦礦產業的積極信號,寧德、騰訊等汽車及互聯網行業的頭部機構入股鈣鈦礦項目,鈣鈦礦-晶硅疊層效率也突破了 31%,證實其疊層效率遠超晶硅電池的優勢。在 TOPCon、HJT、XBC 等電池技術爭相擴大產能的產業環境下,多個鈣鈦礦的大尺寸中試線項目落地,見證其從 2009 年提出概念,到 13 年后廠商躍躍欲試的快速發展階段,同時 2022/7 纖納光電出貨全球首款鈣鈦礦商用組件,也標志著鈣鈦礦組件商業化探路的開端。
鈣鈦礦型材料特點 1:易于合成,穩定的鈣鈦礦相決定電池穩定性。鈣鈦礦型材料為與礦物鈣鈦氧化物 ABX3 化學結構類似的離子晶體的統稱,易于實驗室合成,可避免材料的稀缺性漲價。據 X 陰離子劃分,ABO3 無機氧化物鈣鈦礦在可見光下的光電效應較差;而主流的 ABX3 為鹵化物鈣鈦礦,其中 A 為有機陽離子(如甲胺、甲脒等)或無機陽離子(如銫);B 為二價金屬陽離子(如鉛或鍺);X 為鹵素陰離子。根據八面體籠的旋轉形態,分為立方、四方、正交等鈣鈦礦相,而穩定的鈣鈦礦相對于電池穩定性至關重要,立方相為理想形態。同時可改變不同的 A 位陽離子,通過離子半徑算出的容忍因子α,如 APbI3 鈣鈦礦的α在 0.8-1 時,形成穩定的鈣鈦礦相,提升穩定性、轉換效率。
鈣鈦礦型材料的特點 2:光電特性優秀,帶隙可調決定吸收更寬的光譜。由于鈣鈦礦的成分選擇具有靈活性,A、B 和 X 位離子可以被多種元素取代,提供了較寬的帶隙可調性。根據 Schockely-Queisser極限曲線,單結太陽能電池光吸收材料的最佳帶隙為 1.4 eV。鈣鈦礦作為直接帶隙材料(例如CH3NH3PbI3,帶隙 1.5 eV),在可見光全波段范圍內具備全光譜吸收能力,且 Nano Energy 提到鈣鈦礦材料在 300–800 nm 波長范圍的可見光譜上,具有約 1× 105cm?1 量級的高吸收系數,比傳統單晶硅大一個數量級,因此 100 納米厚的鈣鈦礦薄膜,就可以吸收硅薄膜微米厚度才能吸收的光。