能量轉換效率（PCE，power conversion efficiency），是太陽能電池最基本也是最重要的一項參數，在光伏領域，如何從太陽能中榨取出更多的電能，是學界和業界一直孜孜以求的探索方向。
當前，單晶硅是普遍使用的光伏發電材料，然而隨著晶硅電池的能量轉換效率逐漸觸達其理論上限，科學家們又把目光投向了各類非硅電池，其中便涌現出了光伏界的“當紅炸子雞”——鈣鈦礦。
在過去相當長一段時間里，晶硅光伏電池都是成本和效率極佳的統一體。相伴而生的，是天然礦物轉化太陽能效率的局限性。29.43%的理論極限值，成為晶硅材料“一眼到頭”的屏障。
與之形成鮮明對比，鈣鈦礦則走出了“最陡峭的成長曲線”。2009年，日本科學家首次用鈣鈦礦光伏電池發電，當時其電能轉換效率僅有3.8%。
僅僅過去13年，今天鈣鈦礦電池的實驗室效率就已基本追平了晶硅60多年發展才達到的結果，達到了25.7%。
而且，鈣鈦礦電池的單層理論效率達33%，雙層可達45%以上，具有比晶硅更高的提升空間。
可以毫不夸張地說，鈣鈦礦用了十年時間就走完了晶硅電池五十年的路，這種發展速度的背后，得益于鈣鈦礦材料遠強于晶硅的吸光性能，能量轉換過程中的極低能量損失，也與其覆蓋光譜范圍寬的特征有關。
鈣鈦礦電池原材料均為基礎化工材料，由人工合成，且不含有稀有元素，相比于晶硅電池的硅料來說廉價易得。
除原材料不受限制外，鈣鈦礦電池制備工藝較短。從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進入到組件成型的全工程，整個產業鏈可高度濃縮在一個百兆瓦的工廠里，時間控制在45分鐘之內。
此外，鈣鈦礦材料對雜質敏感度低，對原材料純度要求也低于晶硅，且可以在低溫狀態下制備。相比于晶硅1000度左右的高溫流程，鈣鈦礦生產工藝溫度不超150度，節省資源的同時，還可降低能耗。
在電站端，鈣鈦礦電池憑借弱光性以及顏色可定制的特點，滿足了長時間發電、透光度以及美觀性等市場需求，在BIPV和幕墻、陽光房等領域也擁有廣闊的市場空間。
沒有一種材料是完美的，鈣鈦礦也一樣。
盡管鈣鈦礦電池優點頗多，但作為一種尚未脫離實驗室階段的材料，其缺陷嚴重限制了投入工業生產的能力，自然也就不能對單晶硅電池實現有效替代。
由于鈣鈦礦材料屬于離子晶體，晶體穩定性不如晶硅，容易導致鈣鈦礦電池比較脆弱，可能存在不耐高溫、不耐光照、易水解、易氧化等問題，最早期的鈣鈦礦電池甚至只能持續幾分鐘。如果一塊鈣鈦礦電池用了一兩年，效率就下降20%，那就毫無經濟性可言了。
在鈣鈦礦的組成結構中，目前來看鉛對于高性能鈣鈦礦是必要的，但這也成為其另一個為人所詬病的缺點，這可能會對人類健康產生不良影響。此外,鈣態礦還能夠溶于水,一旦析出到周圍環境中,無疑將會產生不小的污染。
雖然鈣鈦礦材料制備簡單、價格低廉，但目前的鈣鈦礦電池在大尺寸設備和批量生產的工藝上仍然存在問題。
一方面是是涂覆技術的不成熟，在實驗室里制備的高效率鈣鈦礦電池，基本都是在1平方厘米以下的小面積薄膜，大多使用旋涂法制備，而在大面積生產中則使用的是狹縫涂布法，鈣鈦礦層沒法均勻涂抹在設備表面，對器件性能有明顯負面影響，需要開發更好的噴涂工藝。
另一方面，鈣鈦礦普遍使用TCO（透明導電氧化物）薄膜收集電流，而此類材料的一些物理性質會造成光損失，且隨著面積的增大愈發明顯，這導致鈣鈦礦組件的效率會明顯低于單體電池。
簡而言之，受限于多方面原因，鈣鈦礦電池的轉換效率，往往隨面積增大而衰減嚴重。
鈣鈦礦材料自涉足太陽能電池領域之初，便將目光牢牢鎖定晶硅轉化效率的“天花板”，開啟一場“效率革命”。
雖然上述提到的三大問題目前制約著鈣鈦礦的發展，但也是產業界不斷突破的方向。今年以來，不斷有積極信號出現，多個鈣鈦礦大尺寸中試線項目落地，產業化在加速。
在“雙碳”政策的大背景下，未來光伏在一次能源消費的占比將從不到1%提升到25%以上，光伏市場前景可期。
鈣鈦礦光伏作為一種新興的光伏技術，不僅在實驗室效率上可以比肩晶硅光伏的效率，而且在成本和工藝上更具顯著優勢。
來源：鈣鈦礦材料和器件
原文始發于微信公眾號（艾邦光伏網）：鈣鈦礦究竟厲害在哪里？