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清(qing)潔(jie)能源背(bei)景

黨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)十六(liu)大召開以后，我(wo)(wo)國(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)未來發(fa)(fa)展目(mu)標是實現(xian)我(wo)(wo)國(guo)人民的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)小康生(sheng)活(huo)水平，并(bing)且實現(xian)我(wo)(wo)國(guo)社(she)會的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)持(chi)續(xu)(xu)發(fa)(fa)展戰略。要(yao)(yao)想實現(xian)可(ke)(ke)(ke)持(chi)續(xu)(xu)發(fa)(fa)展這一目(mu)標，主要(yao)(yao)是對(dui)環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護問題(ti)。我(wo)(wo)國(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展一直(zhi)都是以犧(xi)牲自然(ran)環(huan)境(jing)(jing)和人們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)活(huo)環(huan)境(jing)(jing)為代價的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。可(ke)(ke)(ke)持(chi)續(xu)(xu)發(fa)(fa)展主要(yao)(yao)是對(dui)現(xian)在常規能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減少使(shi)用減輕他們(men)(men)對(dui)環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，積(ji)極開發(fa)(fa)新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)。開發(fa)(fa)新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)成為了(le)我(wo)(wo)們(men)(men)要(yao)(yao)保護環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)必(bi)(bi)須之路，所(suo)以我(wo)(wo)們(men)(men)必(bi)(bi)須提(ti)高(gao)我(wo)(wo)們(men)(men)利(li)用新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)科技水平。使(shi)用新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)道路可(ke)(ke)(ke)能(neng)(neng)并(bing)不像(xiang)我(wo)(wo)們(men)(men)想像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)那么容易，但為了(le)我(wo)(wo)們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)子(zi)孫后代可(ke)(ke)(ke)以生(sheng)活(huo)在良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)下(xia)，這是我(wo)(wo)們(men)(men)必(bi)(bi)須要(yao)(yao)做的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)事。

清潔能(neng)源(yuan)的(de)(de)準確定(ding)義(yi)應(ying)是(shi)(shi)：對能(neng)源(yuan)清潔、高效(xiao)、系(xi)統(tong)化應(ying)用的(de)(de)技(ji)術體系(xi)。對清潔能(neng)源(yuan)的(de)(de)定(ding)義(yi)蘊(yun)含著三層的(de)(de)意(yi)思。一(yi)，清潔能(neng)源(yuan)不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)(shi)對能(neng)源(yuan)的(de)(de)一(yi)個(ge)簡簡單(dan)單(dan)的(de)(de)分類，而是(shi)(shi)指對能(neng)源(yuan)的(de)(de)利(li)用方面，它是(shi)(shi)一(yi)個(ge)技(ji)術體系(xi)。二，清潔能(neng)源(yuan)不(bu)僅(jin)僅(jin)只(zhi)強調它的(de)(de)清潔性(xing)，對環(huan)境的(de)(de)污染小，更重要的(de)(de)是(shi)(shi)它的(de)(de)經濟性(xing)。三，清潔能(neng)源(yuan)的(de)(de)清潔性(xing)必須是(shi)(shi)符(fu)合國家規(gui)定(ding)的(de)(de)排放標(biao)準

目前我國主要的(de)集(ji)中清潔(jie)能(neng)(neng)源包括：潔(jie)凈煤技術、核電、太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)、水能(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)、潮汐能(neng)(neng)、生物(wu)質能(neng)(neng)。

其(qi)中光(guang)伏太陽能作為(wei)一種不可或缺的可再生能源(yuan)技術，被廣泛應用，2019年我國經濟(ji)總量(liang)逼近100萬億元大關，光伏產業(ye)貢獻巨大，占新能(neng)源(yuan)總貢獻約17%。截止2021年6月底，我國累計光伏并(bing)網容(rong)量(liang)為267.086GW，其(qi)中(zhong)，集(ji)中(zhong)式光(guang)伏電站180.032GW，分布式光伏電站87.054GW。目前主流的(de)光伏太陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)為晶硅電(dian)(dian)池(chi)(chi)、碲(di)化鎘電(dian)(dian)池(chi)(chi)、砷化鎵電(dian)(dian)池(chi)(chi)等，根據(ju)(ju)科研(yan)人員(yuan)統計，目前主流的(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)，從生(sheng)產(chan)到(dao)(dao)商(shang)業化產(chan)生(sheng)清(qing)潔(jie)能源(yuan)(yuan)，需(xu)(xu)要三年回(hui)收(shou)整個電(dian)(dian)池(chi)(chi)生(sheng)產(chan)過(guo)程中消(xiao)耗(hao)的(de)能源(yuan)(yuan)成(cheng)本，為進一步環節清(qing)潔(jie)能源(yuan)(yuan)問題，新型的(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)應用而生(sheng)，據(ju)(ju)統計鈣(gai)鈦礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)從原材料生(sheng)產(chan)到(dao)(dao)商(shang)業化產(chan)生(sheng)清(qing)潔(jie)能源(yuan)(yuan)所消(xiao)耗(hao)的(de)能源(yuan)(yuan)成(cheng)本回(hui)收(shou)僅需(xu)(xu)六(liu)個月；根據(ju)(ju)科研(yan)人員(yuan)的(de)統計，從能源(yuan)(yuan)成(cheng)本考慮，鈣(gai)鈦礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)15%的轉換效率(lv)即可比擬(ni)晶硅電池20%的(de)(de)轉換效率(lv)。低(di)成本、高轉換率(lv)的(de)(de)新型(xing)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)電池技術發展勢在必行(xing)(xing)。另一方面，鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)電池是(shi)具(ju)(ju)備中(zhong)國完全獨立自主的(de)(de)知(zhi)識(shi)產權的(de)(de)背景，為鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)電池的(de)(de)推行(xing)(xing)具(ju)(ju)備了政(zheng)策性優勢。

什(shen)么(me)是鈣鈦礦電池(chi)

鈣鈦礦是以俄羅斯地(di)質(zhi)學家列夫 · 佩羅夫斯基 ( Lev Perovski )的名字命名的，其結構(gou)(gou)通常有(you)簡單(dan)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)結構(gou)(gou)、雙鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)結構(gou)(gou)和層狀(zhuang)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)結構(gou)(gou)。簡單(dan)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)化合物的化學(xue)通式是(shi)，其中(zhong)X通(tong)常為半徑較小的或，雙鈣(gai)鈦(tai)礦結構( Double-Perovskite) 具有 組成通(tong)式，層狀鈣鈦礦(kuang)結構(gou)組成較復雜(za)， 研究較多(duo)的是具有通式以及具有超導性質的和(he)三方(fang)層(ceng)狀鈣(gai)鈦等(deng)。研究最多(duo)的是組(zu)成(cheng)為的鈣(gai)鈦礦結構類型化合物。

鈣(gai)鈦礦是(shi)指(zhi)一類陶瓷氧化物，其分子(zi)通式為ABO3 ；此(ci)類氧(yang)化物最(zui)早被發現，是存在于(yu)鈣(gai)鈦礦石中的鈦酸鈣(gai)（CaTiO3）化合物，因此(ci)而(er)得名  。由于此類化合物結(jie)構(gou)上有(you)許多特(te)性，在凝聚態(tai)物理方(fang)面(mian)應用(yong)及研究甚廣(guang)，所以物理學家與(yu)化學家常(chang)以其分子公式中各化合物的比例(1:1:3)來簡稱之(zhi)，因此又(you)名“113結構”。呈立方(fang)體晶(jing)形。在立方(fang)體晶(jing)體常具平(ping)行晶(jing)棱的(de)條(tiao)紋，系高溫變體轉變為(wei)低溫變體時產生聚(ju)片雙晶(jing)的(de)結果。

鈣鈦礦電池結構

目前(qian)主流的鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)結構主要包括介孔鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)以及平面(mian)式(shi)鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)，未來的方向是疊層鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)（鈣鈦礦(kuang)(kuang)-鈣鈦礦疊層(ceng)/鈣鈦礦-硅基疊層技術）。

鈣鈦礦(kuang)電池(chi)優缺(que)點

優點(dian)：

鈣鈦礦電池具備廉價的材料成本、低能耗、工藝(yi)制(zhi)程簡易，超高轉換率的優勢。

該研究的(de)(de)領(ling)導者、賓夕法尼亞(ya)大(da)(da)學(xue)能源(yuan)(yuan)創新研究中心(xin)聯合主任(ren)安(an)德魯(lu)˙阿姆表示，以新式鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)為(wei)原(yuan)料制造的(de)(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)能將大(da)(da)約一(yi)半的(de)(de)太(tai)陽(yang)光直接轉化為(wei)電(dian)(dian)力，為(wei)目前硅(gui)(gui)晶電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)2倍，因此(ci)，只需一(yi)半太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)就可(ke)提(ti)供同樣的(de)(de)電(dian)(dian)力，這(zhe)將大(da)(da)大(da)(da)減少安(an)裝成本，從而讓總成本顯著(zhu)降低。目前，德國海(hai)姆霍茲柏(bo)林材(cai)料所（HZB）開發出29.1%效(xiao)率的(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)-硅(gui)(gui)層(ceng)疊鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)。鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)領(ling)域光電(dian)(dian)轉化率前景巨大(da)(da)，可(ke)創造的(de)(de)商業空(kong)間、能源(yuan)(yuan)空(kong)間前景廣闊。

缺點(dian)(dian)：穩定性較(jiao)差，主要體(ti)現在三個方面，一(yi)是水的(de)穩定性、二是溫度穩定性、三是離(li)子移動相(xiang)關穩定性，從而影響(xiang)電池的(de)壽命；另一(yi)方面的(de)缺點(dian)(dian)在于(yu)材料含鉛，具有一(yi)定的(de)毒性，不過相(xiang)比較(jiao)于(yu)含砷、鎵(jia)、碲、鎘材料的(de)毒性就小很多。

鈣鈦礦電(dian)池與傳統(tong)太陽能(neng)電(dian)池對(dui)比

鈣(gai)鈦礦電池目(mu)前制(zhi)約條件

鈣鈦礦(kuang)電(dian)池的優(you)點是(shi)高(gao)轉換率，缺點是(shi)穩(wen)定性(xing)差，如何來(lai)(lai)通過(guo)材料等(deng)各方面技(ji)術提(ti)升來(lai)(lai)提(ti)高(gao)穩(wen)定性(xing)問(wen)題(ti)需(xu)要科學人(ren)員(yuan)進一步探索，那么另外一點，也可以通過(guo)封裝技(ji)術來(lai)(lai)提(ti)高(gao)電(dian)池的使(shi)用壽(shou)命。

我們都知道晶(jing)硅太陽(yang)能電池(chi)的(de)穩定性上(shang)也是受(shou)到不少(shao)的(de)詬病，目前市(shi)場上(shang)通過(guo)五層玻璃進行加固(gu)封(feng)(feng)裝(zhuang)來(lai)提升電池(chi)的(de)壽命，那么同樣(yang)可(ke)以在(zai)封(feng)(feng)裝(zhuang)方向上(shang)通過(guo)技術(shu)手段進行封(feng)(feng)裝(zhuang)來(lai)延(yan)緩電池(chi)的(de)壽命問(wen)題。

第二點(dian)是(shi)鈣鈦礦電池的(de)制程問題(ti)，目前制約條件是(shi)如(ru)何(he)確保(bao)印刷或真空鍍(du)膜或旋涂過程中保(bao)證大尺寸的(de)鈣鈦礦電池制作，并(bing)能有效保(bao)證材(cai)料的(de)一(yi)致性問題(ti)以及如(ru)何(he)封(feng)裝(zhuang)問題(ti)需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步尋找(zhao)可靠的(de)解決(jue)方(fang)案。

激光在鈣(gai)鈦礦電池領(ling)域的應用

主(zhu)要體現在(zai)三個方面，一是(shi)刻(ke)蝕劃線、二是(shi)鈣鈦(tai)礦(kuang)電池燒結、三是(shi)鈣鈦(tai)礦(kuang)電池封裝。

刻(ke)蝕(shi)(shi)劃線：主要是應(ying)對導電層、鈣鈦礦層、電極層刻(ke)蝕(shi)(shi)、劃線以(yi)及清邊處理；

燒結：利用激光技(ji)術對鈣鈦礦電池表面(mian)進行燒結，從(cong)而提高電池的壽命及(ji)穩定性問題；

封裝：通過激光(guang)焊(han)接技術對玻(bo)璃進行焊(han)接，提高(gao)電池的壽命問題。

鈣鈦礦電池應用前(qian)景

鈣(gai)鈦礦電(dian)池具備的低成本、高光電(dian)轉(zhuan)換率為商業應用開(kai)辟了新的應用空(kong)間，未來光伏太陽(yang)能(neng)領(ling)域(yu)的領(ling)導者，與傳統晶(jing)硅電(dian)池相(xiang)比，6個月(yue)內回收能(neng)源成本，為未來的商業化應用創造了巨(ju)大的利(li)潤空(kong)間，超高轉(zhuan)換率為更多信息(xi)應用開(kai)辟了新思(si)路(lu)，輕便化產品讓(rang)鈣(gai)鈦礦電(dian)池貼近民(min)生生活領(ling)域(yu)，商機無(wu)限(xian)。

鈣鈦礦電(dian)池應用主要體現在(zai)幾個方面：

1.傳(chuan)(chuan)統光伏電(dian)站領域，與傳(chuan)(chuan)統硅(gui)晶電(dian)池(chi)相比(bi)，轉換率(lv)高，成本低，相同面積(ji)下的(de)電(dian)池(chi)創(chuang)造更高的(de)經濟(ji)價值；

2.可(ke)攜帶產品(pin)領(ling)域，鈣鈦礦(kuang)電(dian)池光電(dian)轉(zhuan)換效率(lv)高(gao)，可(ke)在柔性PET/PNT等(deng)基材(cai)上制成電(dian)池模組，為可(ke)穿(chuan)戴產品(pin)、移動端、背包等(deng)可(ke)移動式充電(dian)提供(gong)了(le)堅實的基礎，貼近民(min)生(sheng)生(sheng)活領(ling)域創(chuang)造(zao)了(le)廣泛的商業機會；

3.汽(qi)車領域，新(xin)型汽(qi)車調光(guang)玻璃已(yi)投放市場，新(xin)能源汽(qi)車也早已(yi)走向千萬家，新(xin)型的鈣鈦礦電池(chi)薄膜電池(chi)汽(qi)車也將(jiang)會成為(wei)下一個(ge)風口(kou)；

4.外太(tai)空(kong)領域(yu)，人類探索(suo)宇宙(zhou)的(de)步伐正(zheng)在亦(yi)步亦(yi)趨的(de)穩步前行(xing)，新型鈣鈦礦電池(chi)已在外太(tai)空(kong)測試(shi)過(guo)太(tai)陽輻射(she)造成的(de)影響并已通(tong)過(guo)驗證，高轉換(huan)率低成本(ben)將會成為探索(suo)太(tai)空(kong)領域(yu)的(de)寵兒；

5.建筑領域，科技狂人馬斯(si)克的(de)solarcity已開辟(pi)先驅，為建筑行業開辟(pi)了(le)新的(de)光伏(fu)應用戰場，高轉換率(lv)低成本的(de)鈣鈦礦電(dian)池必(bi)將擁有一席之地；

5.其他更包括了室內傳感器、醫療、飛機制造等更多(duo)領(ling)域(yu)開(kai)創商機，未來的鈣鈦(tai)礦電(dian)池商機無限。

鈣鈦礦電池現狀(zhuang)

目前各(ge)大研究所及企(qi)業均已紛(fen)紛(fen)進(jin)入，已開始小批(pi)量試(shi)制(zhi)進(jin)入市場，如(ru)英國Oxford Photovoltaics、瑞士Solaronix、澳(ao)大利亞(ya)Dyesol、以色列3G solar、德國巴斯夫BASF、日本索(suo)尼等(deng)等(deng)，國內(nei)包括(kuo)華為、寧德時代、比(bi)亞迪(di)、長城(cheng)汽車、協(xie)鑫光(guang)(guang)電等(deng)等(deng)。整體(ti)的行業有國內(nei)企業公布的光(guang)(guang)電轉換率高達(da)25%，目前(qian)整體上均處在賽道上，誰(shui)家取得先機，誰(shui)將成為(wei)市(shi)場的引導者，未來可期！

來源：武漢元祿光電技(ji)術(shu)有(you)限公(gong)司  yinzirui.cn