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清潔能源背景

黨的十六大召開(kāi)以后，我國(guó)的未來(lái)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(wèn)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(kāi)發(fā)新能源。開(kāi)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(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能。

其中光伏太陽(yáng)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(wàn)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(yáng)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(guò)程中消耗的能源成本，為進(jìn)一步環(huán)節(jié)清潔能源問(wèn)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(lái)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(lái)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(yáng)能電池能將大約一半的太陽(yáng)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(yáng)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(kāi)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(guò)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(yáng)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(lái)通過(guò)材料等各方面技術(shù)提升來(lái)提高穩(wěn)定性問(wèn)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(guò)封裝技術(shù)來(lái)提高電池的使用壽命。

我們都知道晶硅太陽(yáng)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(guò)五層玻璃進(jìn)行加固封裝來(lái)提升電池的壽命，那么同樣可以在封裝方向上通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行封裝來(lái)延緩電池的壽命問(wèn)題。

第二點(diǎn)是鈣鈦礦電池的制程問(wèn)題，目前制約條件是如何確保印刷或真空鍍膜或旋涂過(guò)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(wèn)題以及如何封裝問(wèn)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(wèn)題；

封裝：通過(guò)激光焊接技術(shù)對(duì)玻璃進(jìn)行焊接，提高電池的壽命問(wèn)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(kāi)辟了新的應(yīng)用空間，未來(lái)光伏太陽(yáng)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(lái)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(kāi)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(wú)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(wàn)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(guò)太陽(yáng)輻射造成的影響并已通過(guò)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(kāi)辟先驅(qū)，為建筑行業(yè)開(kāi)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(kāi)創(chuàng)商機(jī)，未來(lái)的鈣鈦礦電池商機(jī)無(wú)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(kāi)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(shuí)家取得先機(jī)，誰(shuí)將成為市場(chǎng)的引導(dǎo)者，未來(lái)可期！

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