基礎研究助力，中國企業斬獲國際“雙料冠軍”

近日，我國光伏企業“光因科技”（SolaEon）宣布，其1027.1平方厘米大尺寸鈣鈦礦太陽能電池組件，以19.2%的穩態效率創造新的紀錄，并被收錄于國際權威的太陽能電池效率紀錄榜單《太陽能電池效率紀錄表》（第64版）中，標志著中國企業在該領域的又一次重大突破。

來源：WILEY官網

此前，美國能源部旗下的國家可再生能源實驗室（NREL），把該組件的穩態效率收錄進了《太陽能電池最高研究效率圖》。

《太陽能電池效率紀錄表》和《太陽電池最高研究效率圖》是目前全球光伏行業最權威的唯二電池效率排名表。上述成績意味著光因科技實現了鈣鈦礦電池組件效率世界紀錄的“雙料冠軍”，同時也是目前兩個榜單所有紀錄中首個突破1000平方厘米級的大尺寸鈣鈦礦單結太陽能電池組件。

在這背后，是科學家、企業家和工程師組成的團隊攜手實現科研成果轉化的努力。

破紀錄背后

在全球積極發展清潔能源和可再生能源的背景下，太陽能光伏行業經歷著飛速的變革。從第一代的晶硅、第二代的化合物半導體，到以鈣鈦礦為代表的第三代，太陽能光伏電池向著更穩定、更高效、更環保的方向發展。

近年來，晶硅電池的效率提升空間逐漸逼近物理極限，加之其較高的生產成本，開發大面積、高效率、高穩定性鈣鈦礦太陽能電池組件，逐漸成為國際學術界和產業界共同關注的前沿熱點。

其中，效率是光伏太陽能電池最為重要的參數之一。簡單地說，效率就是太陽能電池輸出的電能除以接收到的光能，關系著電池將光能轉換為電能的能力。此外，轉換效率直接影響了光伏發電的成本，每提升1%，發電成本可降低3-5%。

《太陽能電池效率紀錄表》由“太陽能之父”、澳大利亞新南威爾士大學教授馬丁·格林領導的國際研究小組，定期更新并發布在Progress in Photovoltaics上。聯合小組成員包括來自于歐盟委員會聯合研究中心、德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所和太陽能研究所、日本國家先進工業科學技術研究所、美國能源部和NREL的科學家。

自1993年首次發布以來，《太陽能電池效率紀錄表》已成為全球太陽能電池效率研究的重要參考標準和評價的“黃金標準”，被廣泛引用于學術研究、行業報告和政策制定中。

今年4月22日，NREL將光因科技的鈣鈦礦組件穩態效率收錄進了《太陽能電池最高研究效率圖》，意味著該電池組件在總計超過10分鐘的測試時間內輸出功率的相對浮動小于1%，在長時間連續運行中保持穩定狀態。

NREL是《太陽能電池效率記錄表》指定的9家權威單位之一。“正是在NREL認證的基礎上，我們才有機會進一步被收錄進《太陽能電池效率紀錄表》。”楊旭東表示。

登上《太陽能電池效率記錄表》的電池，需要綜合滿足創新性、高效率、經獨立驗證等多個條件，代表了特定時間范圍內該領域的最新進展。當然，進入這個排名表也不意味著一勞永逸。收錄在表中的數據呈現動態增長的過程，每當有經權威機構認證的、可靠的新記錄出現，就會覆蓋原有的數據。

記錄表上數據的不斷更新，正展現了過去十多年間鈣鈦礦電池領域的飛速歷程。在2009年第一篇論文中，鈣鈦礦電池的實驗室效率僅3.8%，如今已經逼近甚至超過了晶硅電池的理論極限效率（29.4%）。迅速增長的數字背后，是全球科學家的共同努力。

然而，鈣鈦礦電池中的缺陷產生與擴散問題，依然是制約該領域發展的重大挑戰。在這個競爭異常激烈的賽道上，誰能更好地解決鈣鈦礦電池中的缺陷產生與擴散問題，誰就能率先突破領域瓶頸，取得更好的發展。

針對這個問題，光因科技融合掌握了由楊旭東實驗室開發的大面積鈣鈦礦薄膜離子耦合技術、電荷傳輸層離子電荷協同輸運技術，為提升材料的整體性能和光電轉換效率奠定了技術基礎。進一步地，團隊搭建了面向產業的工藝生產線，并解決了批量化生產的系列問題，使鈣鈦礦組件穩態效率穩步提升。

期間，他們經歷了成千上萬次實驗的失敗，做壞了成百上千塊鈣鈦礦電池組件。“我們不問資歷、不分部門，一起全力解決這些問題。”

工程師制備高品質鈣鈦礦薄膜。圖片由受訪者提供

科學問題與產業問題合二為一

鈣鈦礦電池具備質量輕、厚度薄、柔性大、半透明、弱光效應好以及顏色可定制等特性，可廣泛應用于光伏車頂、柔性光伏、穿戴光伏等新型場景。

楊旭東早在十年前就開始從事鈣鈦礦太陽能電池的研究，在鈣鈦礦結晶調控、界面結構穩定性、電荷傳輸穩定性等方向上取得了系列成果，在實驗室條件下實現了鈣鈦礦電池材料穩定性和轉換效率的顯著提升。

做出了有應用前景的成果，楊旭東自然而然地開始考慮產業化的問題。

“在2020年之前，很多傳統晶硅廠商對鈣鈦礦電池的發展前景并不看好，可能覺得只是在‘炒概念’。”楊旭東解釋，“盡管有一些企業和投資者也來和我交流過合作的事項，但并沒有表現出非常強烈的信心和決心去真正推動鈣鈦礦電池的產業化。”

與此同時，前轉轉集團（二手閑置交易平臺）總裁溫言杰在為電費發愁。他給住在老家的父母買了一整套高端電器，家人卻因為“太費電”而不舍得使用。

要不在自建房的屋頂上裝套光伏板？但市場上完全沒有適合民用的太陽能光伏產品。就這樣，溫言杰抱著“省電費”的初衷，決定“轉戰”光伏行業，他同樣苦于找不到合適的合作伙伴。

2022年9月，楊旭東團隊的論文在Science上線，報道了鈣鈦礦太陽能電池中空穴傳輸的穩定化策略和內在機理。不久后，溫言杰和另一位團隊創始人與楊旭東交流合作的可能性，三人一見如故，成立了光因科技。

光因科技成立后的一年半時間里，在4項核心技術指標上保持著世界第一：代表基礎科研水平的1平方厘米鈣鈦礦單節電池效率、代表產業化技術水平的1200平方厘米鈣鈦礦組件穩態效率、代表產業化工程工藝水平的1200平方厘米鈣鈦礦組件IV測試效率及代表光伏行業終極解決方案的全鈣鈦礦疊層太陽能電池效率。此次被《太陽能電池效率表》收錄，是公司向產業化邁進的又一大突破。

“在鈣鈦礦太陽能電池領域，當下需要解決的前沿科學基礎問題和制約產業化的工程工藝瓶頸問題，是二合一的。”楊旭東說，“基礎研究是產業發展的核心，而推進應用過程中工程工藝問題的突破，進而反饋促進基礎研究的進展。”

目前，光因科技正在通過小試線繼續深耕材料生長的配方和工藝制備，攻克技術難點，以期不斷刷新轉化效率并提高穩定性。同時，團隊也在積極推進150兆瓦產線的搭建，組件面積按計劃將擴大至平米級，轉化效率預計21.5%以上。

“鈣鈦礦太陽能電池何時能夠真正進入產業化階段，目前仍是未知數。”但楊旭東充滿信心，“我們希望進一步推動產學研融合，把更多的實驗室成果轉化為實際應用的產品。”