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鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)是利用鈣鈦礦型材料作為吸光層的新型化合物薄膜太陽能電池。鈣鈦礦是類自然產生的陶瓷氧化物，最早發(fā)現(xiàn)于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣化合物中，并因此而得名。鈣鈦礦主要在堿性巖中產生，偶爾也會出現(xiàn)在蝕變的輝石巖中，常與鈦磁鐵礦共生。2009年，日本科學家首次選用有機一無機雜化的鈣鈦礦材料，制備出全球第一個具有光電轉換效率的鈣鈦礦太陽能電池器件。近年來，鈣鈦礦電池產業(yè)研究持續(xù)發(fā)展。2023年，鈣鈦礦材料入選工信部《前沿材料產業(yè)化重點發(fā)展指導目錄(第一批)》。至2025年，國內己實現(xiàn)鈣鈦礦電池平方米級組件量產，并在穩(wěn)定性上大幅突破。
晶硅電池發(fā)展正在逐漸逼近理論效率極限。根據(jù)中商產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，TOPCon電池的極限轉換效率為28.7%，HJT極限轉換效率為27.5%，HJT與TOPCon的量產效率逐漸逼近理論效率極限。預計，當前鈣鈦礦的市場滲透率僅有0.2%左右，預計2030年可以實現(xiàn)30%的滲透率。
鈣鈦礦憑借優(yōu)異的光電特性、高吸收系數(shù)、長激子擴散距離、高的載流子遷移率、低的激子結合能等優(yōu)點有望成為光伏電池的未來發(fā)展方向。鈣鈦礦是一種立方體的ABX3晶體結構，其中B離子位于立方晶胞的中心，被6個X離子包圍:A離子位于立方晶胞的角頂，被12個X離子包圍。鈣鈦礦薄膜太陽能電池的理論效率高達50%，理論效率決定了生產成本和使用效率的性價比較高。另外根據(jù)CBG資訊數(shù)據(jù)，鈣鈦礦材料具有高吸收系數(shù)、長激子擴散距離、高的載流子遷移率、低的激子結合能等優(yōu)異的光物理性質
鈣鈦礦有較好的弱光性能，冬季同等條件下鈣鈦礦組件相較晶硅多發(fā)電9.3%。根據(jù)德護涂膜數(shù)據(jù)，鈣鈦礦對光的吸收能力強，光譜吸收范圍廣，即使在室內等弱光條件下，鈣鈦礦仍能保持較高的光電轉換效率，而傳統(tǒng)晶硅電池由于帶隙較窄，弱光下的發(fā)電效率較低。根據(jù)極電光能數(shù)據(jù)，隨著輻照度的降低，鈣鈦礦組件的相對效率逐漸升高，當光照強度達到600W/m2一800W/m2的時候，鈣鈦礦組件的相對效率達到最高，為標準光照下的111%。晶硅組件輻照度在700-1000W/m2區(qū)間內，組件效率與標準光強下的效率相當，當輻照度低于100W/m時，其組件效率僅為標準條件下的96%左右，而鈣鈦礦組件即使在輻照度低于100W/m時，組件效率仍然為標準條件下的104%。相較于冬季同等條件下的品硅組件，弱光發(fā)電增益能力可為鈣鈦礦組件帶來約9.3%的額外發(fā)電。
相比較晶硅電池，鈣鈦礦生產鏈條較短，封裝材料成本占比較高。晶硅產業(yè)鏈較長，各環(huán)節(jié)進入壁壘高，導致價格波動大、擴產周期長。根據(jù)極電光能數(shù)據(jù)，鈣鈦礦產業(yè)鏈非常短，在一個工廠內即可完成從原料到組件的全部工序，而且鈣鈦礦電池材料在純度方面要求不高，只需要達到99%~99.9%就能生產優(yōu)質電池。封裝材料在生產成本中占比較高，根據(jù)中商產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，在鈣鈦礦電池組件中玻璃及其他封裝材料占34%，電極材料占30.9%，鈣鈦礦成本僅為3.1%。
鈣鈦礦在當前量產效率下的理論成本最低可以實現(xiàn)1元/W，相關人士認為認為鈣鈦礦成本降低仍有空間。根據(jù)相關文獻測算，鈣鈦礦薄膜的生產成本理想狀態(tài)下可以實現(xiàn)2g/m鈣鈦礦材料對應10元/m的生產成本、其他界面層薄膜的成本可以實現(xiàn)25元/m、FTO玻璃可以實現(xiàn)40元/m、后電極10元/m2合計85元/m材料成本，假設封裝材料合計50元/m，折舊、人工和能源成本合計45元/m，累計鈣鈦礦組件成本可以在理想狀態(tài)下實現(xiàn)180元/m。由于目前協(xié)鑫大尺寸鈣鈦礦電池的量產效率已經實現(xiàn)約18%，在該效率下對應單平米電池功率約為180W，所以在當前效率下理想狀態(tài)下的成本可以實現(xiàn)1元/，和目前晶硅組件的成本相當。但是由于鈣鈦礦電池的效率依然有提升空間，所以鈣鈦礦的單位成本或依然有較大的降低空間
4、與晶硅電池疊層實現(xiàn)更高效率
單結鈣鈦礦電池轉換效率仍將受到SQ輻射極限的限制，疊層電池可以進一步實現(xiàn)提效。由于理想的單結電池中，電子和空穴僅僅通過輻射復合發(fā)出光子，理論效率極限稱為Shockley-Queisser極限，約31%。而打破SQ極限的有效方法之一是制備由僅吸收短波長光能的寬帶隙子電池和主要吸收長波長光能的窄帶隙子電池組成的疊層太陽能電池。
兩端疊層電池制備難度較大，四端疊層更容易實現(xiàn)更高效率。為了確保兩端疊層內部的電子和空穴復合需要制備中間層，而中間層成為影響兩端疊層電池效率的關鍵。疊層電池為了將各單結電池吸收光譜分配合理，以獲得更高效率，需要解決上下電池匹配度的問題，因此需要在兩端串聯(lián)電池中對帶隙、薄膜厚度以及連接層之間進行協(xié)同優(yōu)化。而四端疊層電池的兩個子電池具備獨立工作的能力，四端電池不需要匹配的電流就可以有效完成分配光吸收的任務，更容易實現(xiàn)比兩端串聯(lián)電池更高的效率。