發展鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層電池技術位列國家戰略性目標
目前，光伏行業正處在TOPCon晶矽電池擴產高峰期，逐步向鈣鈦礦、晶矽疊層鈣鈦礦拓展階段。鈣鈦礦電池以其高效率、低成本、製備工藝簡單等特點，被認為是極具潛力的高效率低成本光伏技術之一，在未來的光伏發電技術中將占據重要的地位。鈣鈦礦電池與晶矽電池的疊加將進一步提高電池片轉換效率，近年來也逐漸成為了世界光伏研究領域的重要熱點方向。2023 年以來行業內眾多電池片廠家及行業外新進入者在新技術路線上紛紛布局，帶動了 TOPCon、HJT、IBC、HBC 等高效技術路線加速產業化，推動了鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層技術加速研發。
1、鈣鈦礦電池發展情況
鈣鈦礦太陽能電池，即利用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。鈣鈦礦泛指具有和鈦酸鈣（CaTiO3）相同或類似晶體結構的離子晶體，結構式為 AMX3。常用的鈣鈦礦電池材料中，採用+1 價有機或無機陽離子占據 A 位，例如金屬銫離子（Cs+）有機甲胺離子（CH3NH2 +，簡記為 MA+）和有機甲脒離子（CH(NH2)2+，簡記為 FA+），M 位金屬為鉛離子（Pb2+）或（Sn2+），X 位為鹵素離子碘離子（I-），溴離子（Br-），氯離子（Cl-）。鈣鈦礦太陽能電池的組件生產流程包括：沉積透明導電層（TCO）、沉積電子傳輸層（ETL）、沉積鈣鈦礦層、沉積空穴傳輸層（HTL）、背電極製備、組件封裝，製備過程較晶矽類太陽能電池製備大幅簡化。
鈣鈦礦電池具備高轉換效率、低成本優勢。轉換效率方面，2009 年，日本科學家Miyasaka 最早應用鈣鈦礦材料製備染料敏化單結太陽能電池，但當時轉換效率僅為3.8%。經過多年發展，以兩端鈣鈦礦/矽疊層電池為例，2020 年 12 月，英國牛津的 OxfordPV 公司將矽/鈣鈦礦疊層太陽能電池轉換效率刷新至 29.52%；2022 年，亥姆霍茲中心（HZB）科學家製備的鈣鈦礦/Si 疊層太陽能電池轉換效率進一步提升至 32.5%。2022年，國內南京大學純鈣鈦礦疊層電池轉化效率達到 28%。成本方面，鈣鈦礦材料成本低廉，且對材料純度要求也更低。此外，鈣鈦礦電池製備流程更簡單，所需設備更少，能耗也相對晶矽太陽能電池更低。
雖然鈣鈦礦電池產業化過程中仍存在穩定性、大面積製備等問題。但在國家產業政策支持下，鈣鈦礦電池已處於實驗室階段向產業化發展時期，產業化進程呈現加速趨勢。多家鈣鈦礦電池企業獲得資本市場融資，部分領先企業百 MW 級量產中試線已經投產，多家企業百 MW 級產線將於今年投產，已有企業對 GW 級產線進行布局，預計 2024年將有 GW 級產線落地。
2、光伏行業呈現向高效化轉變的趨勢，鈣鈦礦電池技術轉換效率創新高
隨著上網電價的持續下降，太陽能電池的轉換效率持續提升，成本持續下降，太陽能電池行業的集中度也不斷提升，行業由同質化競爭向注重高效化轉變，太陽能電池設備行業向高效化、高產能化和智能化轉變。在去補貼和支持平價上網的政策驅動下，在國家對領跑者、分布式電站加大支持力度的政策背景下，PERC、TOPCon、HJT、IBC、鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層等一批高效電池工藝技術湧現，同時行業內產業化進程加快，電池平均轉換效率亦不斷提升。隨著高效電池工藝技術路線逐步打開市場空間，技術不斷進步對高效及超高效電池生產設備需求持續增加。
晶矽太陽能電池的效率極限是29.4%，隨著TOPCon、HJT、IBC等技術逐步成熟，當前晶矽太陽能電池實驗室最高效率已經達到了26.7%，逐漸接近其理論效率天花板。鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層電池技術實驗轉換效率已經超越矽基太陽能技術，2022年12月德國柏林亥姆霍茲中心（HZB）科學家最新研發的鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池光電效率達到32.5%，創下全新世界紀錄；2022年12月全鈣鈦礦疊層電池效率已經達到29.0%。鈣鈦礦疊層電池的理論極限效率有望達到43%以上，隨著鈣鈦礦電池穩定性持續改善，未來鈣鈦礦疊層電池的量產效率預計也將超過晶矽太陽能電池。目前，部分鈣鈦礦領先企業已建成百MW級別量產線，並布局GW級別產能建設，鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層電池產業化進程進一步加快。
3、發展鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層電池技術位列國家戰略性目標
《「十四五」能源領域科技創新規劃》，提出「積極發展新型光伏系統及關鍵部件技術、高效鈣鈦礦電池製備與產業化生產技術」。規劃中的重點任務之一是高效鈣鈦礦電池製備與產業化生產技術：研製基於溶液法與物理法的鈣鈦礦電池量產工藝製程設備，開發高可靠性組件級聯與封裝技術，研發大面積、高效率、高穩定性、環境友好型的鈣鈦礦電池；開展晶體矽/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池製備及產業化生產技術研究。
《「十四五」可再生能源發展規劃》，提出「掌握鈣鈦礦等新一代高效低成本光伏電池製備及產業化生產技術」及「開展新型高效晶矽電池、鈣鈦礦電池等先進高效電池技術應用示範，以規模化市場推動前沿技術發展，持續推進光伏發電技術進步、產業升級」。
國家層面對清潔能源的高度重視也將成為光伏產業持續高速發展的助推動力，發展鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層電池技術已經成為國家戰略性目標。
2023 年 1 月，工業和信息化部等六部門發布《關於推動能源電子產業發展的指導意見》，將「發展先進高效的光伏產品及技術」列為重點之一，提出「支持高效低成本晶矽電池生產，推動 N 型高效電池、柔性薄膜電池、鈣鈦礦及疊層電池等先進技術的研發應用，提升規模化量產能力」。
綜上，大力發展和加快鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層電池技術研發及產業化，已經成為國家戰略性目標規劃，符合國家的政策指導方向。
更多行業資料請參考普華有策諮詢《2024-2030年鈣鈦礦電池行業市場調研及發展趨勢預測報告》，同時普華有策諮詢還提供產業研究報告、產業鏈諮詢、項目可行性報告、專精特新小巨人認證、十四五規劃、項目後評價報告、BP商業計劃書、產業圖譜、產業規劃、藍白皮書、國家級製造業單項冠軍企業認證、IPO募投可研、IPO工作底稿諮詢等服務。