作者：胡筱

原創(chuàng)：深眸財(cái)經(jīng)（chutou0325）

2013年，一種具有高效太陽能轉(zhuǎn)化率、高電荷傳輸率、低成本、制作簡單等優(yōu)點(diǎn)的新型太陽能電池材料——鈣鈦礦突然出現(xiàn)在大眾視野。

相比于又重又硬、轉(zhuǎn)換效率通常只有22％-26％的傳統(tǒng)晶體硅太陽能板，鈣鈦礦太陽能電池薄如蟬翼可彎曲，轉(zhuǎn)換效率突破30％，還被《科學(xué)》雜志評(píng)為2013年十大突破之一。

但是鈣鈦礦太陽能電池從閃亮登場至今已經(jīng)過去十幾年，仍未走出實(shí)驗(yàn)室的大門。

就在8月11日，昆明理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型晶界穩(wěn)定技術(shù)，宣稱成功解決了鈣鈦礦太陽能電池長期面臨的效率與穩(wěn)定性瓶頸問題。

被譽(yù)為第三代太陽能電池光電轉(zhuǎn)換材料的鈣鈦礦，這次的技術(shù)突破是否又會(huì)真正重塑光伏行業(yè)？實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突圍？

01 鈣鈦礦：光伏產(chǎn)業(yè)的“潛力新星”

傳統(tǒng)的硅基太陽能板受制于重量，厚度，便攜性以及抗彎折程度多項(xiàng)制約，無法實(shí)現(xiàn)民用，只能用于山區(qū)和房項(xiàng)。在尋找硅的替代品過程中，科學(xué)家利用鈣鈦礦的可調(diào)性制造出了與硅性質(zhì)類似的半導(dǎo)體。

在烏拉爾山脈被發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦（Perovskite），在自然界中原本指的是一種天然礦物CaTiO?（鈣鈦氧化物）。但是在光伏領(lǐng)域，鈣鈦礦并不是一類特定材料，而是指具有ABX?結(jié)構(gòu)的化合物家族。

A位通常代表有機(jī)陽離子，B位為金屬鉛離子Pb2+，而X位為鹵素陰離子。由這些化合物組成的材料家族被通稱為“鈣鈦礦”材料。

鈣鈦礦的高吸光系數(shù)、帶隙可調(diào)和高載流子遷移率，讓它成為第三代太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換材料。

因?yàn)殁}鈦礦的元素可以自由組合，通過組分調(diào)控，或者元素?fù)诫s等手段替換鈣鈦礦的部分元素，就能提高它的帶隙范圍。

以硅基的太陽能電池為例，帶隙大約是1.12ev。

也就是說，它只能吸收太陽光中與1.12ev的能量所對(duì)應(yīng)的光，能量低了，電子就無法躍進(jìn)，能量高了，電子獲得的多余動(dòng)能就會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能浪費(fèi)掉。

而目前主流配方的鈣鈦礦，帶隙范圍一般在1.5-2.3ev，能夠吸收更多波段的太陽光，大幅提升了太陽能的轉(zhuǎn)化效率。

有了這一關(guān)鍵優(yōu)勢，鈣鈦礦似乎真的撼動(dòng)了硅基光伏這一“老大哥”的地位，為低成本、高效率光伏提供了全新路徑。

自2022年-2023年鈣鈦礦行業(yè)初步顯露市場，經(jīng)過2年多的穩(wěn)定運(yùn)行加小規(guī)模出貨之后，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有不少企業(yè)看見了鈣鈦礦的巨大潛力。

目前已有京東方+極電光能兩條GW單線投產(chǎn)，預(yù)計(jì)25H2纖納光電、協(xié)鑫光電、寧德時(shí)代等GW線有望投產(chǎn)落地，26年仁爍光能等廠商亦有望跟進(jìn)GW線投產(chǎn)。

而在2025年的第一季度，已經(jīng)有超過14起涉及鈣鈦礦的國內(nèi)企業(yè)及團(tuán)隊(duì)宣布完成融資。

2月20日，江蘇迪塔鎂克科技有限公司宣布完成近千萬元A+輪融資，將加速大尺寸單結(jié)/疊層涂布機(jī)量產(chǎn)，推動(dòng)鈣鈦礦電池降本增效。

4月6日，深圳市極致激光科技有限公司宣布完成數(shù)千萬元A+輪融資，資金將用于公司的鈣鈦礦新產(chǎn)品研發(fā)及制造基地建設(shè)。

4月21日，首創(chuàng)“石榴結(jié)構(gòu)”全固態(tài)量子點(diǎn)制備技術(shù)的溫州鋅芯鈦晶科技有限公司宣布完成數(shù)千萬元A+輪融資。

一瞬間，鈣鈦礦太陽能電池市場如火如荼，如果鈣鈦礦真的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那將擁抱巨大的應(yīng)用前景。

02 鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化突圍新機(jī)遇

自20世紀(jì)50年代以來，晶體硅憑借技術(shù)更加成熟、穩(wěn)定性強(qiáng)、一次可用25年的優(yōu)點(diǎn)，一直充當(dāng)太陽能電池的主要半導(dǎo)體材料。

受益于國家“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，2025年，中國單晶硅太陽能板的市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到1800億元人民幣，年復(fù)合增長率保持在25%以上。

但傳統(tǒng)太陽能電池板制造過程中使用的大型晶體硅價(jià)格昂貴、制備步驟多，需消耗大量能源。

2025年，多晶硅價(jià)格最低為42000元/噸，而目前國內(nèi)鈣鈦礦的價(jià)格大致在每噸2000-4000元之間。GW級(jí)別晶硅組件產(chǎn)能投資需要7.5億元，鈣鈦礦組件投資需5-10億元。但鈣鈦礦電池還處于起步階段，晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟，預(yù)計(jì)在未來鈣鈦礦組件產(chǎn)能投資可能小于晶硅組件。

在制作流程上，制備一塊晶體硅太陽能電池的流程就包括硅片清洗、絨面制備、擴(kuò)散制結(jié)等十余項(xiàng)流程。

而鈣鈦礦太陽能電池不同于傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池，制作原料便宜、太陽能轉(zhuǎn)換效率高，或許能對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)能造成顛覆性的影響。

在鈣鈦礦電池的生產(chǎn)中，主要只包括鍍膜、激光刻蝕、封裝三大核心工藝環(huán)節(jié)，可在45分鐘內(nèi)將化工原料、玻璃、靶材、膠膜在單一工廠加工為組件。

在制作成本上，當(dāng)前百M(fèi)W量產(chǎn)成本約1-1.5元/W，玻璃等封裝材料占比30%+；預(yù)計(jì)GW級(jí)有望降至8毛/W以內(nèi)，與晶體硅太陽能電池相比，成本下降了數(shù)倍。

在使用性能上，鈣鈦礦電池的高光吸收系數(shù)、受溫差影響小，光電損失少等優(yōu)點(diǎn)，讓單結(jié)鈣鈦礦電池效率上限超30%，雙結(jié)疊層效率上限更有望接近45%，而晶硅電池效率卻難以突破30%。

目前典型的鈣鈦礦配方的最高單結(jié)效率已達(dá)27%，已經(jīng)接近晶硅電池實(shí)驗(yàn)室記錄。

并且傳統(tǒng)硅晶體太陽能層厚度達(dá)到130-170um，而鈣鈦礦太陽能板的涂層僅有0.1到0.5um，兩者之間相差超300倍。

薄如蟬翼、輕量化的鈣鈦礦太陽能電池可以制備柔性電池，替代又重又硬的傳統(tǒng)晶硅太陽能板，應(yīng)用范圍更加廣泛。

截至2025年6月，全國新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量已達(dá)1610萬個(gè)，同比增長55.6%。若鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，就可以在汽車車頂或者引擎蓋上加裝太陽能板，減少對(duì)充電樁的依賴，甚至能開發(fā)出一款太陽能電車。

至2021年末，我國建筑太陽能光熱應(yīng)用面積達(dá)到50.66億平方米，太陽能光伏裝機(jī)容量達(dá)到1.82萬兆瓦，但其中只有11%的屋頂適合建設(shè)光伏電站。而鈣鈦礦體量輕、柔性大，可以安裝到更多如寫字樓外墻等晶體硅太陽能板所覆蓋不到的地方，實(shí)現(xiàn)更大范圍的建筑光伏一體化。

還可以在背包、帳篷、毯子、無人機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上，加裝鈣鈦礦太陽能板方便隨用隨充，出門野炊帶充電毯比充電寶還方便。

除此之外，若產(chǎn)業(yè)化成功，鈣鈦礦有望將光伏發(fā)電成本降低、避免硅料依賴進(jìn)口、加速全球能源結(jié)構(gòu)從化石燃料向可再生能源轉(zhuǎn)型。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游產(chǎn)業(yè)鏈的供遠(yuǎn)過于求和價(jià)格戰(zhàn)，組件價(jià)格已到達(dá)冰點(diǎn)。而鈣鈦礦成本相較于晶體硅更低，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后光伏發(fā)電成本還可進(jìn)一步降低。

根據(jù)海關(guān)最新數(shù)據(jù)顯示，2024年10月我國多晶硅進(jìn)口量為2374.95噸，若鈣鈦礦成功量產(chǎn)，國內(nèi)則能進(jìn)一步占據(jù)可再生能源的比重。

而最近的政策和研究顯示，中國計(jì)劃到2025年可再生能源消費(fèi)量達(dá)到11億噸標(biāo)煤以上，表明太陽能在替代化石燃料上具有巨大潛力。

但晶硅電池經(jīng)過40余年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到25-26%，即將接近極限，急需找到其他非化石能源在能源轉(zhuǎn)型中替代晶體硅，以保障能源供應(yīng)的安全和穩(wěn)定。若鈣鈦礦加入可再生能源原料的陣營，能大大提升太陽能在替代化石燃料方面的潛力。

可是從2016年鈣鈦礦創(chuàng)業(yè)元年，到2022年鈣鈦礦電池成為大熱賽道，“長跑”數(shù)十年卻仍未跑出實(shí)驗(yàn)室的大門，背后又有何“異數(shù)”？

03 鈣鈦礦發(fā)展“快車道”上的技術(shù)挑戰(zhàn)

鈣鈦礦電池的使用仍處在實(shí)驗(yàn)室的平方厘米內(nèi)，但放大至平方米級(jí)組件時(shí)，技術(shù)不成熟就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率大幅下降。

均勻成膜技術(shù)尚未成熟，容易出現(xiàn)溶液涂布易出現(xiàn)孔洞、厚度不均的現(xiàn)象。要想做到厚度為400納米-800納米，平整度偏差小于等于±5%，上海德滬涂膜設(shè)備有限公司董事長王錦山對(duì)此曾表示“變成晶體的過程不難，但在大尺寸上實(shí)現(xiàn)物理變化誘導(dǎo)的成核/結(jié)晶高度化學(xué)一致性比較難”。

成膜和結(jié)晶的物理和化學(xué)一致性好壞決定了面板的發(fā)電效能，而目前的制備方法之一是使用真空蒸鍍形成薄膜，其二也可以使用低成本的溶液法，通過狹縫涂布技術(shù)成膜、結(jié)晶。

鈣鈦礦材料壽命短，與能持續(xù)使用25年的傳統(tǒng)硅晶體太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池僅能用幾千個(gè)小時(shí)。

由于鈣鈦礦材料本身分解能較低，離子容易發(fā)生擴(kuò)散，溫度或者組分的差異會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料發(fā)生成分偏析或者相分離，并且容易與環(huán)境中的水分子、空氣發(fā)生反應(yīng)，光照下發(fā)生相分離。

2009年，日本科學(xué)家率先將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽能電池作為吸光材料進(jìn)行試驗(yàn)，但由于氧化反應(yīng)，幾分鐘后就宣告失敗。

2012年，韓國的樸南圭團(tuán)隊(duì)首次報(bào)告了效率接近10%的全固態(tài)有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池，這被認(rèn)為是鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展歷程中里程碑式的工作，但沒過多久效率就衰減到了80%。

為了控制鈣鈦礦材料的分解反應(yīng)，2025年3月，華東理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了新型光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制——“光機(jī)械”誘導(dǎo)分解效應(yīng)，并通過在鈣鈦礦薄膜的表面粘合一層石墨烯，在物理層面上抑制鈣鈦礦分解。

2025年5月，南京航空航天大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)反應(yīng)，給鈣鈦礦材料內(nèi)的分子“上鎖”抑制其分解。

2025年8月，昆明理工大學(xué)研究人員開發(fā)出了一種新型晶界穩(wěn)定技術(shù)，對(duì)鈣鈦礦分解反應(yīng)進(jìn)行控制。

直至目前，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從2009年的3.8%提高到今天的25%以上，壽命也從2012年的5分鐘延長到如今1000小時(shí)以上。最新數(shù)據(jù)顯示，鈣鈦礦太陽能電池在強(qiáng)度拉滿的情況下，持續(xù)工作3670小時(shí)（約153天）后，仍能保持97%的發(fā)電效率，相比于傳統(tǒng)光伏板，鈣鈦礦這個(gè)賽道可謂是進(jìn)展飛速。

轉(zhuǎn)換效率、時(shí)間都在快速提升，但是鈣鈦礦在生產(chǎn)的過程中含有毒物質(zhì)——鉛，在電池破損或者廢棄后，又該如何回收處理呢？

鈣鈦礦電池作為典型的有機(jī)金屬鹵化物，生產(chǎn)過程中含有鉛元素，一旦泄露就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。所以鈣鈦礦在國際許多國家和地區(qū)都被列為禁止使用的材料，盡管業(yè)界已經(jīng)在研究無鉛鈣鈦礦，但是其太陽能轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)不及含鉛鈣鈦礦。

并且較晶硅行業(yè)用鉛量來說，鈣鈦礦太陽能電池用鉛量實(shí)際更低。

雖然硅片不含鉛，但晶硅電池的焊帶是銅箔涂鉛的。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的晶硅組件中大概有18 克左右的鉛，而同樣尺寸的鈣鈦礦組件含鉛量不超過 2 克，僅為晶硅的 1/10。根據(jù) RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，晶硅組件中的鉛含量不能超過 0.1%，而鈣鈦礦組件中的鉛含量不足 0.01%，相對(duì)于晶硅電池更加環(huán)保。

04 結(jié)語

單從成本、效率和經(jīng)濟(jì)效益上來看，鈣鈦礦的商業(yè)價(jià)值比晶體硅要更高，或許鈣鈦礦太陽能電池不需要將壽命提高到25年，也能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。但由于硅基光伏板技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈都已十分成熟，從短期來看，硅基將仍是主要的光伏材料，如果鈣鈦礦想要進(jìn)入光伏市場，還要與硅基結(jié)合起來才有機(jī)會(huì)。

值得一提的是，目前鈣鈦礦-晶硅的疊層太陽能電池效率已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，小面積效率已經(jīng)達(dá)到了34.6%的世界紀(jì)錄。也許在將來，這將成為硅基光伏向鈣鈦礦光伏的過渡的跳板。