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清潔能源背景

黨的(de)(de)(de)(de)十六大召(zhao)開以后，我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)國(guo)的(de)(de)(de)(de)未來發(fa)展目標是(shi)實(shi)現(xian)(xian)我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)國(guo)人(ren)(ren)民的(de)(de)(de)(de)小康生(sheng)活(huo)水平(ping)，并且(qie)實(shi)現(xian)(xian)我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)國(guo)社會的(de)(de)(de)(de)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展戰略。要想(xiang)實(shi)現(xian)(xian)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展這一(yi)目標，主要是(shi)對環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)保護(hu)(hu)問題。我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)國(guo)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展一(yi)直都(dou)是(shi)以犧(xi)牲自然環(huan)境(jing)(jing)和人(ren)(ren)們的(de)(de)(de)(de)生(sheng)活(huo)環(huan)境(jing)(jing)為(wei)代價的(de)(de)(de)(de)。可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展主要是(shi)對現(xian)(xian)在常規能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)少使用(yong)減(jian)(jian)輕他(ta)們對環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，積(ji)極開發(fa)新能(neng)源(yuan)。開發(fa)新能(neng)源(yuan)成為(wei)了我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)們要保護(hu)(hu)環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)必須之路，所(suo)以我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)們必須提高我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)們利用(yong)新能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)科技(ji)水平(ping)。使用(yong)新能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)道路可(ke)能(neng)并不像(xiang)我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)們想(xiang)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)那么容易，但為(wei)了我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)們的(de)(de)(de)(de)子孫(sun)后代可(ke)以生(sheng)活(huo)在良好的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)下，這是(shi)我(wo)(wo)(wo)(wo)(wo)們必須要做的(de)(de)(de)(de)事。

清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)準(zhun)確定(ding)義應是：對能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)、高效、系(xi)統化應用的(de)(de)(de)技(ji)術體(ti)系(xi)。對清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)定(ding)義蘊(yun)含(han)著(zhu)三層(ceng)的(de)(de)(de)意思。一(yi)，清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)不(bu)僅(jin)僅(jin)是對能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)簡簡單單的(de)(de)(de)分類(lei)，而是指對能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)利用方面，它(ta)(ta)是一(yi)個(ge)技(ji)術體(ti)系(xi)。二，清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)不(bu)僅(jin)僅(jin)只強(qiang)調它(ta)(ta)的(de)(de)(de)清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)性(xing)，對環(huan)境的(de)(de)(de)污染小，更重要的(de)(de)(de)是它(ta)(ta)的(de)(de)(de)經濟性(xing)。三，清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)清(qing)(qing)(qing)潔(jie)(jie)性(xing)必須是符合國家規定(ding)的(de)(de)(de)排(pai)放標準(zhun)

目前我(wo)國(guo)主要的(de)集中清潔(jie)能(neng)(neng)源包括：潔(jie)凈煤技術、核電、太陽能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)、水能(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)、潮汐(xi)能(neng)(neng)、生物(wu)質能(neng)(neng)。

其中光(guang)伏太陽能作為一種不可(ke)或缺的(de)可(ke)再生能源(yuan)技術，被廣泛應用，2019年我國(guo)經(jing)濟總量逼近100萬(wan)億元大關，光伏產(chan)業貢(gong)獻(xian)巨大，占新能源總貢(gong)獻(xian)約17%。截(jie)止2021年6月底，我國累計光伏并(bing)網容量為(wei)267.086GW，其(qi)中(zhong)，集中(zhong)式(shi)光(guang)伏電站(zhan)180.032GW，分布式(shi)光伏電(dian)站87.054GW。目前(qian)主流(liu)的(de)(de)(de)光伏太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)為晶硅電(dian)(dian)池(chi)、碲化(hua)鎘電(dian)(dian)池(chi)、砷化(hua)鎵電(dian)(dian)池(chi)等(deng)，根據(ju)科研人員(yuan)統(tong)計，目前(qian)主流(liu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)，從(cong)生(sheng)產(chan)到商業化(hua)產(chan)生(sheng)清潔能(neng)源(yuan)(yuan)，需要三年回(hui)收整個(ge)電(dian)(dian)池(chi)生(sheng)產(chan)過程中消耗(hao)的(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)(cheng)本，為進一(yi)步環節清潔能(neng)源(yuan)(yuan)問(wen)題，新(xin)型(xing)的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)電(dian)(dian)池(chi)應用而(er)生(sheng)，據(ju)統(tong)計鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)電(dian)(dian)池(chi)從(cong)原材料生(sheng)產(chan)到商業化(hua)產(chan)生(sheng)清潔能(neng)源(yuan)(yuan)所(suo)消耗(hao)的(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)(cheng)本回(hui)收僅需六個(ge)月；根據(ju)科研人員(yuan)的(de)(de)(de)統(tong)計，從(cong)能(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)(cheng)本考慮(lv)，鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)電(dian)(dian)池(chi)15%的(de)轉(zhuan)換(huan)效率即可比擬晶硅電池20%的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)。低成本、高(gao)轉(zhuan)換(huan)率(lv)的(de)(de)(de)新型鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)電池(chi)技(ji)術發展勢(shi)在(zai)必行。另一方(fang)面(mian)，鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)電池(chi)是具備中國完全獨立自主的(de)(de)(de)知識產權的(de)(de)(de)背景，為鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)電池(chi)的(de)(de)(de)推行具備了政策性優勢(shi)。

什(shen)么是鈣鈦礦電池

鈣鈦(tai)礦是以俄羅斯地(di)質學家列夫 · 佩(pei)羅夫斯基 ( Lev Perovski )的(de)名字命名的(de)，其(qi)結(jie)構通常有簡單鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦結(jie)構、雙鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦結(jie)構和(he)層狀鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦結(jie)構。簡單鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦化合物的(de)化學通式(shi)是，其(qi)中X通常為半徑較小(xiao)的或，雙(shuang)鈣鈦礦結(jie)構( Double-Perovskite) 具有 組成通式，層狀鈣鈦礦結構(gou)組成較復(fu)雜， 研(yan)究較(jiao)多(duo)的是具有(you)通式以(yi)及具有(you)超導性質的和三方層狀(zhuang)鈣鈦等(deng)。研(yan)究最多(duo)的是組(zu)成為的鈣鈦礦(kuang)結構類型化(hua)合物(wu)。

鈣鈦礦(kuang)是指一類陶瓷(ci)氧化物，其分子通式為(wei)ABO3 ；此類氧化物最(zui)早被發現，是存在于(yu)鈣鈦(tai)(tai)礦石(shi)中的(de)鈦(tai)(tai)酸(suan)鈣（CaTiO3）化合(he)物(wu)，因此而(er)得(de)名(ming)  。由(you)于(yu)此(ci)類化(hua)合物(wu)(wu)(wu)結(jie)構上有許(xu)多特性，在凝(ning)聚(ju)態(tai)物(wu)(wu)(wu)理方面應用及研究甚(shen)廣，所(suo)以物(wu)(wu)(wu)理學家(jia)與(yu)化(hua)學家(jia)常以其分子(zi)公式中(zhong)各化(hua)合物(wu)(wu)(wu)的比例(li)(1:1:3)來(lai)簡稱之，因(yin)此又名“113結(jie)構”。呈立(li)方體(ti)晶(jing)形。在立(li)方體(ti)晶(jing)體(ti)常具平行晶(jing)棱(leng)的條紋，系(xi)高溫變體(ti)轉變為(wei)低溫變體(ti)時產生聚片(pian)雙晶(jing)的結(jie)果。

鈣鈦礦電池(chi)結構(gou)

目前主流的鈣(gai)(gai)鈦礦電(dian)池(chi)結構主要包括介(jie)孔鈣(gai)(gai)鈦礦電(dian)池(chi)以(yi)及平面式鈣(gai)(gai)鈦礦電(dian)池(chi)，未來的方向是疊層鈣(gai)(gai)鈦礦電(dian)池(chi)（鈣(gai)(gai)鈦礦-鈣鈦礦疊(die)層/鈣鈦(tai)礦-硅基疊層技術）。

鈣鈦礦(kuang)電池優缺(que)點

優點：

鈣(gai)鈦礦電池具備廉價(jia)的材料成本、低能耗、工藝制程(cheng)簡易，超高(gao)轉換(huan)率的優勢。

該研(yan)究(jiu)的(de)領(ling)導(dao)者、賓夕法尼亞大(da)學能(neng)源創新研(yan)究(jiu)中(zhong)心(xin)聯合(he)主任(ren)安(an)德魯˙阿姆表示，以新式鈣鈦(tai)礦為(wei)原料(liao)制造(zao)的(de)太陽能(neng)電池能(neng)將(jiang)大(da)約一半(ban)的(de)太陽光(guang)直接(jie)轉(zhuan)(zhuan)化為(wei)電力(li)，為(wei)目(mu)前(qian)硅晶電池的(de)2倍，因此，只需(xu)一半(ban)太陽能(neng)電池就可提供同樣的(de)電力(li)，這(zhe)將(jiang)大(da)大(da)減(jian)少安(an)裝成本，從而讓總成本顯著降低。目(mu)前(qian)，德國海姆霍茲柏林材(cai)料(liao)所（HZB）開發(fa)出29.1%效率(lv)的(de)鈣鈦(tai)礦-硅層疊(die)鈣鈦(tai)礦電池。鈣鈦(tai)礦電池領(ling)域光(guang)電轉(zhuan)(zhuan)化率(lv)前(qian)景(jing)巨大(da)，可創造(zao)的(de)商業空間(jian)、能(neng)源空間(jian)前(qian)景(jing)廣闊。

缺(que)點：穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)較差，主要(yao)體(ti)現在三(san)個方面(mian)，一(yi)是(shi)水的(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)、二(er)是(shi)溫度(du)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)、三(san)是(shi)離子(zi)移(yi)動相(xiang)關(guan)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)，從(cong)而影響電池的(de)(de)(de)壽命(ming)；另一(yi)方面(mian)的(de)(de)(de)缺(que)點在于(yu)材料含(han)鉛(qian)，具有一(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)毒性(xing)(xing)，不過相(xiang)比較于(yu)含(han)砷、鎵、碲、鎘材料的(de)(de)(de)毒性(xing)(xing)就小很多。

鈣鈦(tai)礦電池與傳(chuan)統太陽能(neng)電池對(dui)比

鈣鈦礦電池目(mu)前制約條(tiao)件

鈣鈦礦電(dian)池的優點(dian)(dian)是(shi)高(gao)轉(zhuan)換率，缺點(dian)(dian)是(shi)穩定(ding)性差，如何來通(tong)過材料等各方面技術提(ti)升來提(ti)高(gao)穩定(ding)性問題需要科學人員進一(yi)步探索，那么另(ling)外(wai)一(yi)點(dian)(dian)，也(ye)可以通(tong)過封裝技術來提(ti)高(gao)電(dian)池的使用(yong)壽(shou)命。

我們都知道晶硅太陽能電池的(de)穩定性上(shang)(shang)也是受到不少的(de)詬病(bing)，目前市場上(shang)(shang)通(tong)過五(wu)層(ceng)玻璃進行加固封裝(zhuang)來提升電池的(de)壽命，那(nei)么同(tong)樣可以(yi)在封裝(zhuang)方向(xiang)上(shang)(shang)通(tong)過技(ji)術(shu)手段進行封裝(zhuang)來延(yan)緩電池的(de)壽命問題。

第二點是(shi)鈣(gai)鈦(tai)礦電池的制程問(wen)(wen)題(ti)，目(mu)前制約(yue)條件是(shi)如何(he)(he)確保(bao)(bao)印刷或真空鍍膜或旋涂過程中(zhong)保(bao)(bao)證大尺寸(cun)的鈣(gai)鈦(tai)礦電池制作，并(bing)能有效保(bao)(bao)證材料的一(yi)致性問(wen)(wen)題(ti)以(yi)及如何(he)(he)封(feng)裝問(wen)(wen)題(ti)需要進(jin)一(yi)步尋找可靠的解決方案。

激光在鈣(gai)鈦礦電池領域的(de)應用

主要體(ti)現在三(san)個方面，一是刻蝕劃(hua)線(xian)、二是鈣(gai)鈦礦電池(chi)燒結、三(san)是鈣(gai)鈦礦電池(chi)封裝。

刻蝕(shi)(shi)劃線(xian)：主要是應對導(dao)電層、鈣鈦礦層、電極層刻蝕(shi)(shi)、劃線(xian)以及清邊處理；

燒(shao)結：利用(yong)激光技術對(dui)鈣鈦礦電池(chi)(chi)表面進(jin)行燒(shao)結，從(cong)而提(ti)高電池(chi)(chi)的壽(shou)命及穩(wen)定性問題；

封裝：通(tong)過(guo)激光焊接技術對玻璃進行焊接，提高電池的(de)壽命問題。

鈣鈦礦電池應用前景

鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)電池具備(bei)的(de)低(di)成本、高光(guang)電轉換(huan)率(lv)為商業(ye)應(ying)用(yong)開辟(pi)了新(xin)的(de)應(ying)用(yong)空間，未來(lai)光(guang)伏太陽能(neng)領(ling)域(yu)的(de)領(ling)導者，與傳統晶(jing)硅電池相比，6個月內回收能(neng)源成本，為未來(lai)的(de)商業(ye)化應(ying)用(yong)創造了巨大的(de)利潤(run)空間，超(chao)高轉換(huan)率(lv)為更多信息應(ying)用(yong)開辟(pi)了新(xin)思路，輕便化產品讓鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)電池貼近民生生活(huo)領(ling)域(yu)，商機無限(xian)。

鈣(gai)鈦礦電池應用主要體(ti)現在幾個方面：

1.傳統光伏電站領域，與傳統硅(gui)晶(jing)電池(chi)相(xiang)比，轉換率高(gao)，成本低(di)，相(xiang)同面積下的電池(chi)創造更(geng)高(gao)的經濟價(jia)值；

2.可攜(xie)帶(dai)產品領域，鈣鈦礦(kuang)電(dian)池光電(dian)轉(zhuan)換效率(lv)高，可在柔性PET/PNT等基材上(shang)制成電(dian)池模(mo)組，為可穿戴產品、移動(dong)端、背包等可移動(dong)式(shi)充電(dian)提供了堅實的基礎，貼(tie)近民(min)生生活(huo)領域創造(zao)了廣泛的商業機會；

3.汽(qi)(qi)車(che)領域，新(xin)型汽(qi)(qi)車(che)調光(guang)玻璃(li)已投放市場，新(xin)能源汽(qi)(qi)車(che)也(ye)(ye)早已走向(xiang)千萬家，新(xin)型的鈣鈦礦電池薄(bo)膜電池汽(qi)(qi)車(che)也(ye)(ye)將會成為下(xia)一個(ge)風(feng)口；

4.外(wai)太(tai)(tai)空領域，人類探索(suo)宇宙的(de)(de)步伐正在亦步亦趨的(de)(de)穩步前(qian)行，新(xin)型鈣鈦礦電池已(yi)在外(wai)太(tai)(tai)空測(ce)試過太(tai)(tai)陽(yang)輻射造成(cheng)的(de)(de)影響并已(yi)通過驗證，高轉換率低(di)成(cheng)本將會成(cheng)為探索(suo)太(tai)(tai)空領域的(de)(de)寵兒；

5.建筑領域，科(ke)技狂人馬(ma)斯克的solarcity已開辟(pi)先驅(qu)，為(wei)建筑行業開辟(pi)了新的光伏應用戰(zhan)場，高轉換率低(di)成本的鈣鈦礦電(dian)池必將擁(yong)有一席之(zhi)地；

5.其他更包括了室內傳感(gan)器、醫療(liao)、飛機(ji)制(zhi)造等更多領(ling)域開創商機(ji)，未來的鈣(gai)鈦礦電(dian)池商機(ji)無限(xian)。

鈣鈦礦(kuang)電池(chi)現狀

目前各大研究所(suo)及企業均已紛紛進入(ru)，已開(kai)始(shi)小批量(liang)試制進入(ru)市場，如(ru)英國Oxford Photovoltaics、瑞士Solaronix、澳大利亞Dyesol、以(yi)色列3G solar、德(de)國巴斯夫BASF、日本索尼等等，國(guo)內包括華為(wei)、寧德時(shi)代、比亞迪、長(chang)城汽車、協鑫光電等等。整體的(de)行(xing)業有國(guo)內企業公布的(de)光電轉換率高達25%，目前整體上(shang)均處在(zai)賽(sai)道上(shang)，誰(shui)家取得(de)先機，誰(shui)將成為市場的(de)引導者(zhe)，未來可期！

來源：武漢(han)元祿(lu)光(guang)電(dian)技術有(you)限公司  hyhwjx.cn