鈣鈦礦電池現階段的研究方向主要為單結電池和多結疊層電池，兩種電池形式各有所長。
單(dan)結(jie)(jie)鈣鈦礦電池不需要依托PN結(jie)(jie)（由一(yi)個N型摻雜區(qu)和一(yi)個P型摻雜區(qu)緊密接(jie)觸所構成）就能產生光生伏特(te)效應，結(jie)(jie)構簡單(dan)；搭配其他半導(dao)體材料實現疊層的多結(jie)(jie)鈣鈦礦電池則可(ke)以(yi)覆(fu)蓋大部(bu)分(fen)帶隙，實現光子(zi)全方位吸收，進(jin)而帶動電池效率(lv)成倍(bei)增長。
多家(jia)機構認為擁有高效率的(de)疊層鈣(gai)鈦礦電池(chi)才是王道，范斌則表(biao)示，扎實(shi)做好單結鈣(gai)鈦礦才是行業發展的(de)根本。
范斌此前接受媒(mei)體采(cai)訪時(shi)稱，不管用什么(me)樣的疊層，首先都(dou)要把鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)做(zuo)(zuo)好。公司(si)曾投入不少資源(yuan)進(jin)行異質結上(shang)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)的疊層開(kai)發，后來發現在玻璃上(shang)做(zuo)(zuo)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)的量(liang)產工(gong)藝還(huan)沒(mei)有(you)完全開(kai)發好的時(shi)候，進(jin)行鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)/晶硅(gui)疊層開(kai)發是沒(mei)有(you)基礎(chu)的。
“這(zhe)是(shi)我們的看(kan)法(fa)，當然也有人(ren)不這(zhe)么看(kan)，也有一(yi)些企(qi)業選(xuan)擇在硅片上(shang)做(zuo)鈣鈦(tai)礦。最終的結果還是(shi)需要交(jiao)給市場評(ping)判。”
4.1 單結電池結構簡單，轉換效率仍有提升空間
單結(jie)鈣鈦礦電池結(jie)構可分為介孔(kong)結(jie)構和平(ping)面結(jie)構。
相(xiang)較(jiao)(jiao)于鈣鈦礦(kuang)/晶硅(gui)疊層(ceng)電池多達十幾層(ceng)的(de)(de)結(jie)(jie)構，平面(mian)結(jie)(jie)構的(de)(de)單(dan)結(jie)(jie)鈣鈦礦(kuang)電池僅(jin)有5層(ceng)，分(fen)別是(shi)透明導電電極(ji)、電子傳輸(shu)層(ceng)、鈣鈦礦(kuang)光(guang)電吸收(shou)層(ceng)、空穴傳輸(shu)層(ceng)、金屬電極(ji)。其中(zhong)，平面(mian)結(jie)(jie)構中(zhong)的(de)(de)反(fan)式結(jie)(jie)構由于制備工藝簡單(dan)且成膜溫度較(jiao)(jiao)低，是(shi)鈣鈦礦(kuang)電池廠商(shang)產業化過程中(zhong)主要采用的(de)(de)結(jie)(jie)構。
電池(chi)(chi)轉換效率方(fang)面(mian)，單結(jie)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)電池(chi)(chi)理(li)論效率為(wei)33%，遠高(gao)于晶(jing)硅的29.4%；但現階段鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)電池(chi)(chi)主流廠商單結(jie)中試線(xian)效率仍在15%-16%左右，2023年內或提(ti)升(sheng)至(zhi)18%，離鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)理(li)論效率仍有較(jiao)大(da)提(ti)升(sheng)空間。
華(hua)泰證(zheng)券認為(wei)，短期內(nei)，鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)電池將通(tong)過材料改性、配方(fang)優化(hua)、備制鈍(dun)化(hua)層(ceng)等多(duo)路徑并行提效(xiao)；長期來(lai)看，疊層(ceng)是提效(xiao)的終(zhong)極手段，將打開(kai)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)效(xiao)率天花板。
目前，單結鈣鈦礦組件產業化進展較為前列，其中協鑫光電、纖納光電已率先完成100MW單結鈣鈦礦組件中試線安裝。
據悉，協(xie)鑫(xin)(xin)光(guang)電(dian)生產(chan)的(de)全球(qiu)(qiu)大尺寸鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)組(zu)件(jian)(jian)（1m×2m）已(yi)經下線。2022年(nian)(nian)北京冬奧會期間運(yun)行(xing)的(de)全球(qiu)(qiu)少(shao)有的(de)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)光(guang)伏建(jian)(jian)筑項(xiang)目(mu)(mu)采用(yong)的(de)即是協(xie)鑫(xin)(xin)光(guang)電(dian)的(de)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)組(zu)件(jian)(jian)。目(mu)(mu)前，其投建(jian)(jian)的(de)全球(qiu)(qiu)100MW量產(chan)線已(yi)在昆山完成廠房(fang)和(he)主要硬件(jian)(jian)建(jian)(jian)設，預計(ji)2023年(nian)(nian)量產(chan)組(zu)件(jian)(jian)產(chan)品光(guang)電(dian)轉化效(xiao)率將超過(guo)18%，未(wei)來將進一(yi)步提升至(zhi)25%以上。同時，公司GW級產(chan)線已(yi)在規(gui)劃(hua)中，目(mu)(mu)標(biao)2024年(nian)(nian)下半年(nian)(nian)落地。
纖(xian)納光電已完成1.245×0.635m尺(chi)寸(cun)組件發布，功率可達(da)130W。公(gong)司頭(tou)一條GW級(ji)產線預計2023年年底通線，預計轉換效率可達(da)20%。
另有極電光(guang)能(neng)756cm2大尺寸(cun)單結鈣鈦礦光(guang)伏組(zu)件轉(zhuan)換效率目前達到18.2%。
4.2 疊層電池轉換效率高，但多處于試驗階段
疊(die)層(ceng)結構是(shi)指(zhi)不同光(guang)學帶隙(xi)的電(dian)池(chi)(chi)進行堆(dui)疊(die)，寬帶隙(xi)電(dian)池(chi)(chi)和窄帶隙(xi)電(dian)池(chi)(chi)分(fen)別吸收較(jiao)高(gao)、較(jiao)低(di)的能量光(guang)子，實現子電(dian)池(chi)(chi)對(dui)太陽光(guang)譜分(fen)段利用。
疊(die)層(ceng)電池根據(ju)疊(die)層(ceng)數(shu)量可(ke)分為(wei)雙結(jie)、三結(jie)、四結(jie)等，目前結(jie)數(shu)高(gao)的是美國國家可(ke)再生能(neng)源實驗室發布(bu)的六結(jie)電池（砷化鎵），效(xiao)率(lv)高(gao)達47.1%。
雖然增加(jia)電(dian)池(chi)(chi)結(jie)數可以提升電(dian)池(chi)(chi)效率，但所帶(dai)來(lai)的(de)高成本(ben)也(ye)不容忽視。因此，目前常規的(de)結(jie)構是兩結(jie)疊層(ceng)，其中又以效率較(jiao)高的(de)鈣(gai)鈦礦/晶硅疊層(ceng)、鈣(gai)鈦礦/鈣(gai)鈦礦疊層(ceng)為(wei)兩結(jie)疊層(ceng)的(de)研究焦點。
鈣鈦礦(kuang)/晶(jing)硅(gui)疊(die)層(ceng)是以(yi)晶(jing)硅(gui)作為底電池。
晶硅電池工藝成(cheng)熟，作為(wei)底(di)電池較為(wei)穩定，研究進(jin)展相對更快，目前已取得(de)的實驗室(shi)效率是2022年12月德國HZB研究中心認證(zheng)的32.5%。
從晶(jing)硅電(dian)(dian)池(chi)的適配程(cheng)度來看，HJT相對更加合適。HJT具備良好(hao)的非晶(jing)硅鈍化層(ceng)、對稱(cheng)結(jie)構(gou)以及透(tou)明(ming)導電(dian)(dian)氧(yang)化物（TCO），再加上鈣(gai)鈦(tai)礦/HJT疊層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)為串(chuan)聯結(jie)構(gou)，可輸出(chu)超高電(dian)(dian)壓，實驗轉換效率已達(da)到31.3%；對比Topcon疊層(ceng)，鈣(gai)鈦(tai)礦與HJT疊層(ceng)需要做的改造也更少。
目(mu)前，已有多家(jia)晶硅電(dian)池廠商涉足(zu)鈣鈦礦/HJT疊層電(dian)池。
華晟新能(neng)源已完(wan)成HJT-鈣(gai)鈦(tai)礦電池(chi)(chi)中(zhong)試線，實現M6大面積疊層均勻(yun)制備(bei)，目標(biao)(biao)效(xiao)率為30%；寶馨科(ke)技（002514.SZ）計劃2年內完(wan)成100MW鈣(gai)礦或HJT-鈣(gai)鈦(tai)礦疊層電池(chi)(chi)產(chan)線；中(zhong)來股份（300393.SZ）涉足(zu)鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料與HJT-疊層電池(chi)(chi)技術開發(fa)，目標(biao)(biao)效(xiao)率26%以上。
鈣鈦礦(kuang)/鈣鈦礦(kuang)疊(die)層是通過人工分別(bie)合成(cheng)寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦(kuang)，與鈣鈦礦(kuang)/晶(jing)硅疊(die)層相比，鈣鈦礦(kuang)/鈣鈦礦(kuang)疊(die)層效率逐步跟上、度(du)電成(cheng)本更低、工藝(yi)更簡單。
2022年(nian)12月(yue)底(di)，經日本(ben)JET第三方認證，目前僅有的(de)一家專注全鈣鈦礦疊層(ceng)的(de)廠(chang)商仁(ren)爍(shuo)光(guang)能團隊研發的(de)全鈣鈦礦疊層(ceng)電(dian)池穩態(tai)光(guang)電(dian)實驗(yan)室轉換效率(lv)達到(dao)29.0%，再(zai)次打破了該團隊在2022年(nian)6月(yue)創造的(de)28.0%的(de)世界紀錄。
成本方面，鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)/晶(jing)(jing)硅疊層(ceng)度(du)電(dian)成本為5.22美分(fen)/KWh，高于鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)/鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)疊層(ceng)的4.22美分(fen)/KWh；工藝(yi)方面，鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)/鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)疊層(ceng)是將頂電(dian)池(chi)涂(tu)抹在(zai)玻璃上(shang)，對比鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)/晶(jing)(jing)硅疊層(ceng)在(zai)晶(jing)(jing)硅絨(rong)面上(shang)涂(tu)抹更為簡單。
