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清潔能源背景

黨的十六大召開以后，我國(guó)的未來發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)人民的小康生活水平，并且實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這一目標(biāo)，主要是對(duì)環(huán)境的保護(hù)問題。我國(guó)的發(fā)展一直都是以犧牲自然環(huán)境和人們的生活環(huán)境為代價(jià)的。可持續(xù)發(fā)展主要是對(duì)現(xiàn)在常規(guī)能源的減少使用減輕他們對(duì)環(huán)境的影響，積極開發(fā)新能源。開發(fā)新能源成為了我們要保護(hù)環(huán)境的必須之路，所以我們必須提高我們利用新能源的科技水平。使用新能源的道路可能并不像我們想像的那么容易，但為了我們的子孫后代可以生活在良好的環(huán)境下，這是我們必須要做的事。

清潔能源的準(zhǔn)確定義應(yīng)是：對(duì)能源清潔、高效、系統(tǒng)化應(yīng)用的技術(shù)體系。對(duì)清潔能源的定義蘊(yùn)含著三層的意思。一，清潔能源不僅僅是對(duì)能源的一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的分類，而是指對(duì)能源的利用方面，它是一個(gè)技術(shù)體系。二，清潔能源不僅僅只強(qiáng)調(diào)它的清潔性，對(duì)環(huán)境的污染小，更重要的是它的經(jīng)濟(jì)性。三，清潔能源的清潔性必須是符合國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)主要的集中清潔能源包括：潔凈煤技術(shù)、核電、太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮堋⒊毕堋⑸镔|(zhì)能。

其中光伏太陽能作為一種不可或缺的可再生能源技術(shù)，被廣泛應(yīng)用，2019年我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量逼近100萬億元大關(guān)，光伏產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)巨大，占新能源總貢獻(xiàn)約17%。截止2021年6月底，我國(guó)累計(jì)光伏并網(wǎng)容量為267.086GW，其中，集中式光伏電站180.032GW，分布式光伏電站87.054GW。目前主流的光伏太陽能電池為晶硅電池、碲化鎘電池、砷化鎵電池等，根據(jù)科研人員統(tǒng)計(jì)，目前主流的電池，從生產(chǎn)到商業(yè)化產(chǎn)生清潔能源，需要三年回收整個(gè)電池生產(chǎn)過程中消耗的能源成本，為進(jìn)一步環(huán)節(jié)清潔能源問題，新型的鈣鈦礦電池應(yīng)用而生，據(jù)統(tǒng)計(jì)鈣鈦礦電池從原材料生產(chǎn)到商業(yè)化產(chǎn)生清潔能源所消耗的能源成本回收僅需六個(gè)月；根據(jù)科研人員的統(tǒng)計(jì)，從能源成本考慮，鈣鈦礦電池15%的轉(zhuǎn)換效率即可比擬晶硅電池20%的轉(zhuǎn)換效率。低成本、高轉(zhuǎn)換率的新型鈣鈦礦電池技術(shù)發(fā)展勢(shì)在必行。另一方面，鈣鈦礦電池是具備中國(guó)完全獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的背景，為鈣鈦礦電池的推行具備了政策性優(yōu)勢(shì)。

什么是鈣鈦礦電池

鈣鈦礦是以俄羅斯地質(zhì)學(xué)家列夫 · 佩羅夫斯基 ( Lev Perovski )的名字命名的，其結(jié)構(gòu)通常有簡(jiǎn)單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單鈣鈦礦化合物的化學(xué)通式是，其中X通常為半徑較小的或，雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)( Double-Perovskite) 具有 組成通式，層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)組成較復(fù)雜， 研究較多的是具有通式以及具有超導(dǎo)性質(zhì)的和三方層狀鈣鈦等。研究最多的是組成為的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類型化合物。

鈣鈦礦是指一類陶瓷氧化物，其分子通式為ABO3 ；此類氧化物最早被發(fā)現(xiàn)，是存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣（CaTiO3）化合物，因此而得名  。由于此類化合物結(jié)構(gòu)上有許多特性，在凝聚態(tài)物理方面應(yīng)用及研究甚廣，所以物理學(xué)家與化學(xué)家常以其分子公式中各化合物的比例(1:1:3)來簡(jiǎn)稱之，因此又名“113結(jié)構(gòu)”。呈立方體晶形。在立方體晶體常具平行晶棱的條紋，系高溫變體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏刈凅w時(shí)產(chǎn)生聚片雙晶的結(jié)果。

鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)

目前主流的鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)主要包括介孔鈣鈦礦電池以及平面式鈣鈦礦電池，未來的方向是疊層鈣鈦礦電池（鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層/鈣鈦礦-硅基疊層技術(shù)）。

鈣鈦礦電池優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

鈣鈦礦電池具備廉價(jià)的材料成本、低能耗、工藝制程簡(jiǎn)易，超高轉(zhuǎn)換率的優(yōu)勢(shì)。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、賓夕法尼亞大學(xué)能源創(chuàng)新研究中心聯(lián)合主任安德魯˙阿姆表示，以新式鈣鈦礦為原料制造的太陽能電池能將大約一半的太陽光直接轉(zhuǎn)化為電力，為目前硅晶電池的2倍，因此，只需一半太陽能電池就可提供同樣的電力，這將大大減少安裝成本，從而讓總成本顯著降低。目前，德國(guó)海姆霍茲柏林材料所（HZB）開發(fā)出29.1%效率的鈣鈦礦-硅層疊鈣鈦礦電池。鈣鈦礦電池領(lǐng)域光電轉(zhuǎn)化率前景巨大，可創(chuàng)造的商業(yè)空間、能源空間前景廣闊。

缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是水的穩(wěn)定性、二是溫度穩(wěn)定性、三是離子移動(dòng)相關(guān)穩(wěn)定性，從而影響電池的壽命；另一方面的缺點(diǎn)在于材料含鉛，具有一定的毒性，不過相比較于含砷、鎵、碲、鎘材料的毒性就小很多。

鈣鈦礦電池與傳統(tǒng)太陽能電池對(duì)比

鈣鈦礦電池目前制約條件

鈣鈦礦電池的優(yōu)點(diǎn)是高轉(zhuǎn)換率，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，如何來通過材料等各方面技術(shù)提升來提高穩(wěn)定性問題需要科學(xué)人員進(jìn)一步探索，那么另外一點(diǎn)，也可以通過封裝技術(shù)來提高電池的使用壽命。

我們都知道晶硅太陽能電池的穩(wěn)定性上也是受到不少的詬病，目前市場(chǎng)上通過五層玻璃進(jìn)行加固封裝來提升電池的壽命，那么同樣可以在封裝方向上通過技術(shù)手段進(jìn)行封裝來延緩電池的壽命問題。

第二點(diǎn)是鈣鈦礦電池的制程問題，目前制約條件是如何確保印刷或真空鍍膜或旋涂過程中保證大尺寸的鈣鈦礦電池制作，并能有效保證材料的一致性問題以及如何封裝問題需要進(jìn)一步尋找可靠的解決方案。

激光在鈣鈦礦電池領(lǐng)域的應(yīng)用

主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是刻蝕劃線、二是鈣鈦礦電池?zé)Y(jié)、三是鈣鈦礦電池封裝。

刻蝕劃線：主要是應(yīng)對(duì)導(dǎo)電層、鈣鈦礦層、電極層刻蝕、劃線以及清邊處理；

燒結(jié)：利用激光技術(shù)對(duì)鈣鈦礦電池表面進(jìn)行燒結(jié)，從而提高電池的壽命及穩(wěn)定性問題；

封裝：通過激光焊接技術(shù)對(duì)玻璃進(jìn)行焊接，提高電池的壽命問題。

鈣鈦礦電池應(yīng)用前景

鈣鈦礦電池具備的低成本、高光電轉(zhuǎn)換率為商業(yè)應(yīng)用開辟了新的應(yīng)用空間，未來光伏太陽能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，與傳統(tǒng)晶硅電池相比，6個(gè)月內(nèi)回收能源成本，為未來的商業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了巨大的利潤(rùn)空間，超高轉(zhuǎn)換率為更多信息應(yīng)用開辟了新思路，輕便化產(chǎn)品讓鈣鈦礦電池貼近民生生活領(lǐng)域，商機(jī)無限。

鈣鈦礦電池應(yīng)用主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：

1.傳統(tǒng)光伏電站領(lǐng)域，與傳統(tǒng)硅晶電池相比，轉(zhuǎn)換率高，成本低，相同面積下的電池創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；

2.可攜帶產(chǎn)品領(lǐng)域，鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率高，可在柔性PET/PNT等基材上制成電池模組，為可穿戴產(chǎn)品、移動(dòng)端、背包等可移動(dòng)式充電提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，貼近民生生活領(lǐng)域創(chuàng)造了廣泛的商業(yè)機(jī)會(huì)；

3.汽車領(lǐng)域，新型汽車調(diào)光玻璃已投放市場(chǎng)，新能源汽車也早已走向千萬家，新型的鈣鈦礦電池薄膜電池汽車也將會(huì)成為下一個(gè)風(fēng)口；

4.外太空領(lǐng)域，人類探索宇宙的步伐正在亦步亦趨的穩(wěn)步前行，新型鈣鈦礦電池已在外太空測(cè)試過太陽輻射造成的影響并已通過驗(yàn)證，高轉(zhuǎn)換率低成本將會(huì)成為探索太空領(lǐng)域的寵兒；

5.建筑領(lǐng)域，科技狂人馬斯克的solarcity已開辟先驅(qū)，為建筑行業(yè)開辟了新的光伏應(yīng)用戰(zhàn)場(chǎng)，高轉(zhuǎn)換率低成本的鈣鈦礦電池必將擁有一席之地；

5.其他更包括了室內(nèi)傳感器、醫(yī)療、飛機(jī)制造等更多領(lǐng)域開創(chuàng)商機(jī)，未來的鈣鈦礦電池商機(jī)無限。

鈣鈦礦電池現(xiàn)狀

目前各大研究所及企業(yè)均已紛紛進(jìn)入，已開始小批量試制進(jìn)入市場(chǎng)，如英國(guó)Oxford Photovoltaics、瑞士Solaronix、澳大利亞Dyesol、以色列3G solar、德國(guó)巴斯夫BASF、日本索尼等等，國(guó)內(nèi)包括華為、寧德時(shí)代、比亞迪、長(zhǎng)城汽車、協(xié)鑫光電等等。整體的行業(yè)有國(guó)內(nèi)企業(yè)公布的光電轉(zhuǎn)換率高達(dá)25%，目前整體上均處在賽道上，誰家取得先機(jī)，誰將成為市場(chǎng)的引導(dǎo)者，未來可期！

來源：武漢元祿光電技術(shù)有限公司  www.grandvoyager.com.cn