清潔(jie)能源背景
黨的(de)(de)(de)(de)(de)十(shi)六大召(zhao)開以(yi)后，我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)未來(lai)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)目標是實現(xian)我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)人(ren)(ren)民的(de)(de)(de)(de)(de)小康生(sheng)活水平(ping)，并(bing)且實現(xian)我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)社會的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)持續(xu)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)戰略。要(yao)(yao)想(xiang)實現(xian)可(ke)(ke)持續(xu)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)這一目標，主(zhu)要(yao)(yao)是對環境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)保(bao)(bao)護問題。我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)一直都是以(yi)犧牲自(zi)然環境(jing)(jing)和人(ren)(ren)們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)活環境(jing)(jing)為代(dai)價的(de)(de)(de)(de)(de)。可(ke)(ke)持續(xu)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)主(zhu)要(yao)(yao)是對現(xian)在常規(gui)能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)減少(shao)使(shi)(shi)用(yong)減輕他們(men)(men)對環境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響，積極(ji)開發(fa)(fa)新能(neng)源(yuan)(yuan)。開發(fa)(fa)新能(neng)源(yuan)(yuan)成為了我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)要(yao)(yao)保(bao)(bao)護環境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)必須(xu)之(zhi)路(lu)，所以(yi)我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)必須(xu)提高我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)利用(yong)新能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)科(ke)技水平(ping)。使(shi)(shi)用(yong)新能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)道路(lu)可(ke)(ke)能(neng)并(bing)不像(xiang)我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)想(xiang)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)那么容易，但(dan)為了我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)子孫后代(dai)可(ke)(ke)以(yi)生(sheng)活在良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)環境(jing)(jing)下，這是我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)必須(xu)要(yao)(yao)做的(de)(de)(de)(de)(de)事。
清(qing)潔(jie)能(neng)源的準(zhun)確定義(yi)應是(shi)(shi)：對(dui)能(neng)源清(qing)潔(jie)、高效(xiao)、系統化應用(yong)(yong)的技(ji)術體(ti)系。對(dui)清(qing)潔(jie)能(neng)源的定義(yi)蘊含著三(san)層的意思。一，清(qing)潔(jie)能(neng)源不僅僅是(shi)(shi)對(dui)能(neng)源的一個(ge)簡(jian)簡(jian)單單的分類，而是(shi)(shi)指對(dui)能(neng)源的利用(yong)(yong)方面，它是(shi)(shi)一個(ge)技(ji)術體(ti)系。二，清(qing)潔(jie)能(neng)源不僅僅只強調(diao)它的清(qing)潔(jie)性，對(dui)環(huan)境的污染小，更重要的是(shi)(shi)它的經濟性。三(san)，清(qing)潔(jie)能(neng)源的清(qing)潔(jie)性必須是(shi)(shi)符合國(guo)家規定的排放(fang)標準(zhun)
目前(qian)我國主要的集中清潔能(neng)(neng)(neng)源包(bao)括(kuo)：潔凈煤技(ji)術、核電、太陽能(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)、水能(neng)(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)(neng)、潮汐能(neng)(neng)(neng)、生物質能(neng)(neng)(neng)。
其中(zhong)光伏太陽能(neng)作為一種不可或缺的可再生能(neng)源技(ji)術，被廣(guang)泛應用，2019年我國經濟(ji)總量(liang)逼近100萬億元大(da)關，光伏產業貢獻(xian)巨大(da)，占新能源總貢獻(xian)約17%。截(jie)止2021年6月(yue)底，我國累計(ji)光伏并網容(rong)量(liang)為267.086GW，其中(zhong)，集(ji)中(zhong)式(shi)光伏(fu)電站(zhan)180.032GW，分布(bu)式(shi)光伏(fu)電站87.054GW。目(mu)(mu)前主流的(de)光伏太陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)為晶(jing)硅電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)、碲化(hua)(hua)鎘(ge)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)、砷(shen)化(hua)(hua)鎵電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)等，根(gen)據(ju)科(ke)研人員統(tong)(tong)計(ji)，目(mu)(mu)前主流的(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，從(cong)生產(chan)到商業(ye)化(hua)(hua)產(chan)生清潔(jie)(jie)能(neng)(neng)源(yuan)，需要三年回(hui)收整個(ge)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)生產(chan)過程中消耗的(de)能(neng)(neng)源(yuan)成(cheng)本(ben)，為進一步環節清潔(jie)(jie)能(neng)(neng)源(yuan)問題(ti)，新型的(de)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)應用而生，據(ju)統(tong)(tong)計(ji)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)從(cong)原材料生產(chan)到商業(ye)化(hua)(hua)產(chan)生清潔(jie)(jie)能(neng)(neng)源(yuan)所(suo)消耗的(de)能(neng)(neng)源(yuan)成(cheng)本(ben)回(hui)收僅需六個(ge)月；根(gen)據(ju)科(ke)研人員的(de)統(tong)(tong)計(ji)，從(cong)能(neng)(neng)源(yuan)成(cheng)本(ben)考慮(lv)，鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)15%的(de)轉換(huan)效率即可比擬晶(jing)硅(gui)電池20%的轉換效(xiao)率。低(di)成本、高轉換率的新型鈣鈦礦(kuang)電池(chi)技術發展勢(shi)在必行。另一(yi)方面，鈣鈦礦(kuang)電池(chi)是(shi)具備中國完(wan)全獨立自主的知識(shi)產權的背景，為鈣鈦礦(kuang)電池(chi)的推行具備了政策性優勢(shi)。
什(shen)么是(shi)鈣鈦(tai)礦(kuang)電池
鈣鈦礦(kuang)是(shi)以俄羅斯(si)地質學家列夫 · 佩羅(luo)夫(fu)斯基 ( Lev Perovski )的(de)名字命(ming)名的(de)，其結(jie)(jie)構通(tong)常有簡(jian)單鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)結(jie)(jie)構、雙鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)結(jie)(jie)構和層狀(zhuang)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)結(jie)(jie)構。簡(jian)單鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)化(hua)合物的(de)化(hua)學通(tong)式是，其中X通常為半徑較小的或，雙鈣(gai)鈦礦結構( Double-Perovskite) 具(ju)有 組成通式，層(ceng)狀(zhuang)鈣鈦礦結構(gou)組成較復雜， 研(yan)究較多(duo)(duo)的(de)是(shi)具(ju)有(you)通式以及具(ju)有(you)超導性(xing)質的(de)和三方層狀鈣(gai)鈦(tai)等。研(yan)究最多(duo)(duo)的(de)是(shi)組成為(wei)的(de)鈣(gai)鈦(tai)礦結構類型化(hua)合物。
鈣(gai)鈦(tai)礦是指一類陶瓷氧化物，其分子通式為ABO3 ；此類(lei)氧化(hua)物最早(zao)被發(fa)現，是存(cun)在于(yu)鈣鈦(tai)礦(kuang)石中的鈦(tai)酸鈣（CaTiO3）化合物(wu)，因此(ci)而得名 。由于此類化合(he)物結(jie)構(gou)上有許多(duo)特性，在凝聚態物理方面應用及研(yan)究甚廣，所(suo)以(yi)物理學(xue)家(jia)與化學(xue)家(jia)常以(yi)其(qi)分(fen)子公(gong)式中各(ge)化合(he)物的比例(1:1:3)來簡稱之，因此又名“113結構”。呈立方(fang)體晶形。在立方(fang)體晶體常具平行晶棱的(de)條紋，系(xi)高溫(wen)變(bian)體轉變(bian)為低溫(wen)變(bian)體時產(chan)生聚片雙晶的(de)結果。
鈣鈦礦電池結構
目前主(zhu)流的鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電池結構主(zhu)要包(bao)括介孔(kong)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電池以及平(ping)面式鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電池，未來的方向是疊層鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電池（鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)-鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)疊(die)層(ceng)/鈣鈦礦(kuang)-硅基疊層技術）。
鈣(gai)鈦(tai)礦電(dian)池(chi)優(you)缺點
優(you)點：
鈣鈦礦電池(chi)具(ju)備廉價的材料成本、低能耗、工(gong)藝制(zhi)程簡易，超高轉換率的優勢(shi)。
該(gai)研(yan)究的(de)(de)(de)領(ling)導者、賓夕法尼亞大(da)學(xue)能(neng)源創新(xin)研(yan)究中心聯合主任安德(de)魯˙阿姆表示，以(yi)新(xin)式(shi)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)為原料(liao)制造的(de)(de)(de)太陽能(neng)電(dian)池(chi)能(neng)將大(da)約一半的(de)(de)(de)太陽光(guang)(guang)直接轉化為電(dian)力(li)，為目(mu)前(qian)硅(gui)晶(jing)電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)2倍，因此，只需一半太陽能(neng)電(dian)池(chi)就可提(ti)供(gong)同樣(yang)的(de)(de)(de)電(dian)力(li)，這將大(da)大(da)減(jian)少(shao)安裝成本，從而(er)讓總成本顯(xian)著(zhu)降低。目(mu)前(qian)，德(de)國海姆霍茲柏林材料(liao)所（HZB）開(kai)發出(chu)29.1%效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)-硅(gui)層疊鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)。鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)領(ling)域光(guang)(guang)電(dian)轉化率(lv)前(qian)景(jing)巨大(da)，可創造的(de)(de)(de)商業空間、能(neng)源空間前(qian)景(jing)廣闊。
缺點：穩定性(xing)較差，主(zhu)要體(ti)現在(zai)三個方面(mian)，一(yi)是(shi)水的(de)(de)穩定性(xing)、二(er)是(shi)溫度穩定性(xing)、三是(shi)離子移(yi)動相關(guan)穩定性(xing)，從而影(ying)響電(dian)池的(de)(de)壽(shou)命；另(ling)一(yi)方面(mian)的(de)(de)缺點在(zai)于(yu)材(cai)料含(han)鉛，具有一(yi)定的(de)(de)毒性(xing)，不過相比較于(yu)含(han)砷、鎵(jia)、碲、鎘材(cai)料的(de)(de)毒性(xing)就(jiu)小很多(duo)。
鈣鈦礦電池(chi)(chi)與傳統(tong)太陽能電池(chi)(chi)對比
鈣鈦礦電池目前制約條件
鈣鈦礦(kuang)電池的(de)優點(dian)是(shi)(shi)高(gao)轉換率，缺點(dian)是(shi)(shi)穩定性差，如何(he)來(lai)通過材料等各方(fang)面技術提升(sheng)來(lai)提高(gao)穩定性問(wen)題需要科學人員進一步探(tan)索，那么(me)另(ling)外一點(dian)，也可以通過封裝技術來(lai)提高(gao)電池的(de)使用壽命(ming)。
我們(men)都知道晶硅太陽能(neng)電池的穩定性上(shang)也是受(shou)到不少的詬病，目前市場(chang)上(shang)通(tong)過(guo)五層玻璃進行(xing)加固封裝來(lai)提(ti)升電池的壽命，那么(me)同樣可以在封裝方向上(shang)通(tong)過(guo)技(ji)術(shu)手段進行(xing)封裝來(lai)延緩電池的壽命問題。
第(di)二點是鈣(gai)鈦礦電池的(de)制(zhi)程問(wen)題(ti)，目前制(zhi)約條件是如何確保印(yin)刷或(huo)真空鍍膜或(huo)旋涂過程中保證大尺寸的(de)鈣(gai)鈦礦電池制(zhi)作，并能有(you)效(xiao)保證材(cai)料的(de)一(yi)致性問(wen)題(ti)以(yi)及如何封(feng)裝(zhuang)問(wen)題(ti)需要進一(yi)步尋(xun)找可靠的(de)解決方案(an)。
激(ji)光(guang)在鈣鈦礦電池領域(yu)的應用
主要體(ti)現(xian)在三個方面，一是(shi)(shi)刻蝕(shi)劃線、二是(shi)(shi)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)電池燒結(jie)、三是(shi)(shi)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)電池封(feng)裝(zhuang)。
刻(ke)蝕劃(hua)線：主要是應(ying)對導電層(ceng)、鈣鈦礦層(ceng)、電極層(ceng)刻(ke)蝕、劃(hua)線以及清邊處理；
燒結(jie)：利(li)用激光技術(shu)對鈣鈦礦電池表面進(jin)行燒結(jie)，從而提高電池的壽(shou)命及穩定性問題；
封(feng)裝：通(tong)過激光焊接(jie)技(ji)術對(dui)玻(bo)璃進行焊接(jie)，提高(gao)電池的(de)壽命問題。
鈣鈦礦(kuang)電池應用前景
鈣鈦礦(kuang)電(dian)池(chi)具備的(de)低(di)成(cheng)本、高光電(dian)轉換率為商(shang)業應(ying)用開辟了新的(de)應(ying)用空間，未來(lai)光伏太(tai)陽能領(ling)域的(de)領(ling)導者，與傳(chuan)統晶硅(gui)電(dian)池(chi)相(xiang)比(bi)，6個月內回(hui)收能源(yuan)成(cheng)本，為未來(lai)的(de)商(shang)業化(hua)應(ying)用創(chuang)造了巨大的(de)利潤空間，超高轉換率為更多信息應(ying)用開辟了新思路，輕便化(hua)產品讓(rang)鈣鈦礦(kuang)電(dian)池(chi)貼(tie)近民(min)生生活領(ling)域，商(shang)機無(wu)限。
鈣鈦(tai)礦電池應用主要體(ti)現在幾個方面：
1.傳統(tong)光伏電(dian)站領域，與傳統(tong)硅晶電(dian)池相比，轉換率(lv)高(gao)，成本低(di)，相同面積下的電(dian)池創造更(geng)高(gao)的經濟價值；
2.可(ke)攜帶產品領(ling)域，鈣鈦礦電(dian)池(chi)光電(dian)轉(zhuan)換效率高，可(ke)在柔性PET/PNT等基材上制成電(dian)池(chi)模(mo)組，為可(ke)穿戴(dai)產品、移(yi)動(dong)端(duan)、背包等可(ke)移(yi)動(dong)式充(chong)電(dian)提(ti)供了(le)堅(jian)實的基礎，貼近(jin)民生生活領(ling)域創造了(le)廣泛(fan)的商業機會；
3.汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)領域，新(xin)(xin)型汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)調(diao)光玻璃已投放市場，新(xin)(xin)能(neng)源汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)也(ye)早已走向千(qian)萬家(jia)，新(xin)(xin)型的鈣鈦礦(kuang)電池薄膜電池汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)也(ye)將會(hui)成為下(xia)一個風口(kou)；
4.外(wai)太空(kong)(kong)領(ling)域，人類探索宇宙的(de)(de)步(bu)伐(fa)正在(zai)亦(yi)步(bu)亦(yi)趨(qu)的(de)(de)穩步(bu)前行，新型鈣鈦礦電池已在(zai)外(wai)太空(kong)(kong)測試過(guo)太陽輻射造成(cheng)的(de)(de)影響并已通過(guo)驗(yan)證，高轉換率低成(cheng)本(ben)將會(hui)成(cheng)為探索太空(kong)(kong)領(ling)域的(de)(de)寵兒；
5.建(jian)筑(zhu)(zhu)領域，科技狂人馬(ma)斯克的solarcity已開(kai)(kai)辟(pi)(pi)先驅，為建(jian)筑(zhu)(zhu)行業(ye)開(kai)(kai)辟(pi)(pi)了(le)新的光伏應用戰(zhan)場(chang)，高轉換率低成本(ben)的鈣鈦礦電池必將擁有一席之地(di)；
5.其他更包(bao)括了(le)室內傳感器、醫療、飛(fei)機制造等更多領域開創(chuang)商機，未(wei)來(lai)的鈣(gai)鈦礦電池商機無限。
鈣(gai)鈦礦(kuang)電池現(xian)狀(zhuang)
目(mu)前各(ge)大(da)研究所及企業均已紛(fen)紛(fen)進入，已開始小批量試制(zhi)進入市場，如(ru)英國Oxford Photovoltaics、瑞士Solaronix、澳大利(li)亞Dyesol、以色列3G solar、德國巴斯夫BASF、日本(ben)索尼等(deng)等(deng)，國(guo)內包(bao)括華為、寧德時代(dai)、比亞迪(di)、長城汽車、協(xie)鑫光電等(deng)等(deng)。整體的行業有國(guo)內企業公布的光電轉換率高達25%，目前整體上(shang)均處在賽道上(shang)，誰家取得先機，誰將(jiang)成為(wei)市場的引導者，未來可期(qi)！
來源：武漢元祿光(guang)電技術有(you)限公司 ytfan.cn
