鈣鈦礦太陽能電池：材料創新與多結構組合提升光伏效率

鈣鈦礦太陽能電池技術近年來在光伏行業中引起了廣泛關注，憑借其迅速提升的光電轉換效率和顯著的技術優勢，展現出巨大的發展潛力。從最初的3.8%到如今高達26.1%的單結認證轉換效率，鈣鈦礦電池已經證明了自身作為第三代光伏電池技術的領先地位。這種電池技術不僅帶來了更高的光子利用率和易于疊層的可能性，美能UVN2800分光光度計所進行的精確測量，為鈣鈦礦材料的研發提供了關鍵數據，支持了材料創新和電池性能的優化。本文將探討鈣鈦礦太陽能電池的關鍵技術優勢及其借助高級測量技術在光伏領域的未來應用前景。

優點1：帶隙可調帶來更高的理論轉化效率

鈣鈦礦疊晶硅組件(并聯結構)結構圖示

鈣鈦礦材料帶隙可調節，理論效率高。鈣鈦礦是人工合成的材料，根據不同的材料配比，帶隙可以調節，并可以與晶硅做成疊層電池。帶隙是半導體可以吸收的最低能量，半導體無法吸收能量小于帶隙的光子，能從光子獲得的能量也不會超過帶隙能量。
鈣鈦礦材料帶隙可調節，與晶硅材料或者和經過人工調整的鈣鈦礦材料疊層后，就可以覆蓋大范圍帶隙，因而能夠吸收不同波長的光。目前單結鈣鈦礦電池理論效率為 31%，與晶硅疊層理論效率超過 43%。

優點2：原料易獲取、工序簡單帶來成本降低

相比晶硅電池，鈣鈦礦工序大大縮短，單 GW 產能投資額更低。同時也省去了晶硅電池前端的硅料提純、硅片切割等環節，整體生產成本上相較晶硅電池可大幅降低。
根據數據顯示，晶硅電池的制備，從硅料到組件至少經過 4 道工序，單位制程需要 3 天以上，同時還需要大量人力、運輸成本等；而鈣鈦礦組件在單一工廠完成生產，原材料經過加工后直接成組件，沒有傳統的“電池片”工序，大大縮短制程耗時。

鈣鈦礦電池之材料

鈣鈦礦電池所需的材料包括封裝材料和電極材料，其中TCO玻璃是最核心的封裝材料。從成本構成來看，電極材料占比占比37%，其次是玻璃及其其他封裝材料占比32%。鈣鈦礦電池成本結構

目前，鈣鈦礦材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇。封裝材料中，產業上常用的TCO導電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類，FTO的導電性能與ITO相比稍顯遜色，但具有成本低、膜層硬、光學性能適宜等優點，目前是應用于光伏玻璃領域的主流產品。AZO的光電性能與ITO相近，且AZO原材料簡單易得，生產成本低，在未來產業化的進程中具備重大潛力。

鈣鈦礦晶硅疊層電池

鈣鈦礦晶硅疊層電池結構

純鈣鈦礦電池結構：目前鈣鈦礦電池分為單結鈣鈦礦與疊層鈣鈦礦兩類。純鈣鈦礦電池可分為n-i-p和 p-i-n兩種器件結構，其中 n-i-p 結構是指電子傳輸層-鈣鈦礦層-空穴傳輸層的器件結構，p-i-n結構是指空穴傳輸層-鈣鈦礦層-電子傳輸層的器件結構，其中n-i-p器件結構較為常見。

疊層鈣鈦礦電池結構：連續可調的帶隙寬度使得鈣鈦礦適合做疊層多結電池，優勢在于其它類型太陽能電池集成以后可以捕捉和轉換更寬光譜范圍的太陽光，提升電池轉換效率。疊層的技術方向主要分為兩類，鈣鈦礦/晶硅疊層電池、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池。

TOPCon鈣鈦礦疊層 與 HJT 鈣鈦礦疊層比較:

鈣鈦礦與TOPCon晶硅電池疊層

鈣鈦礦與HJT晶硅電池疊層

相比TOPCon電池，異質結電池與鈣鈦礦電池進行疊層更為理想。一是異質結電池結構相比 TOPCon 電池本身更適合疊層：因為鈣鈦礦電池與異質結電池進行疊層，異質結電池表面本身就是 TCO，異質結電池的產線無需做更改。
而 TOPCon 電池與鈣鈦礦電池進行疊層，TOPCon 正面的氮化硅和氧化鋁由于是絕緣體不能導電，需要先把氧化鋁和氮化硅去掉，或加入進一步摻雜和鈍化工 藝；
二是 TOPCon 電池與鈣鈦礦電池進行疊層的話自身基于電流高的效率優勢會被浪費：從實際量產效率來看，TOPCon和異質結相差不大，但效率的構成參數不同，異質結電池電壓高，電流低，TOPCon 電池開壓不高，但電流比較高，主要原因為異質結表面 TCO 的透光性不如 TOPCon 表面的氮化硅。
三是鈣鈦礦/HJT 疊層電池為串聯結構，輸出超高電壓提高轉換效率。鈣鈦礦與異質結具有良好的疊層電池匹配度，可形成較單結 PSCs 效率更高的疊層電池。
異質結是指將 P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅基片上，在交界面形成的空間電荷區（PN 結），具有單向導電性。具有本征非晶層的硅異質結電池片中同時存在晶體和非晶體級別的硅，非晶硅能更好地實現鈍化效果，提高開路電壓和轉換效率。

美能分光光度計

美能UVN2800分光光度計是一款用于測量物質透過率、反射率以及吸光度的檢測儀器。采用獨特的雙光束光學設計，可以完美矯正不同ITO薄膜的吸光度變化，從而穩定的進行樣品測定。

● 采用雙光源雙檢測器設計

● 超大波長范圍190-2800nm

●雙光柵光學結構、有效降低雜散光

● 積分球直徑可達100mm

●長期使用不發黃變性、光學性能穩定

●可最大限定的降低檢測器切換導致的誤差

鈣鈦礦太陽能電池技術的持續進步和成本優勢預示著其在光伏領域的廣闊應用前景。隨著美能UVN2800分光光度計等高精度測量設備的支持，鈣鈦礦材料的研發和性能優化將更加精準，助力技術的進一步商業化。展望未來，鈣鈦礦太陽能電池有望為全球能源結構轉型提供關鍵技術支持，推動可持續發展目標的實現。