雖然硅晶圓加工是當今半導體行業的核心，但我們華林科納的研究人員經常會發現新材料和新生產模式。如果您的業務依賴于半導體，那么及時了解該領域的最新發展至關重要。

鈣鈦礦是目前太陽能行業中最有趣的發展之一。想知道為什么公司認為他們可以取代硅太陽能電池板？想知道材料面臨哪些挑戰？學習你需要知道的一切。

什么是鈣鈦礦？

鈣鈦礦是指材料的晶體結構。雖然鈣鈦礦結構有很多用途，但就我們的目的而言，最值得注意的是它結合了傳統和有機半導體最有利的特性。

什么是硫屬化物？

鈣鈦礦太陽能電池領域的許多最新發展都特別關注硫屬化物鈣鈦礦。這就引出了一個問題：什么是硫屬化物？

當材料是“硫屬化物”時，它包含第 16 族元素（AKA 硫屬元素）。硫屬元素的清單包括：

• 肝膽
• 釙
• 氧
• 硫
• 硒
• 碲

硫屬化物鈣鈦礦通常含有硫或硒。

目前如何制造太陽能電池板

目前市場上大約95%的太陽能電池板是由硅半導體制成的。他們做得很好，提供了長壽、效率和價格的完美結合。它們的負擔能力是有道理的，因為硅是最常見的元素之一。

也就是說，其他材料已經在使用，主要是在實驗能力中。這些包括：

• 薄膜太陽能電池更具成本效益，但它們不能像硅一樣將太陽能轉化為能源。
• 量子點可以收集比硅更廣泛的光，但它們在處理光時效率較低。
• 聚光光伏在收集太陽光方面效率更高，但不如硅具有成本效益。

曾經有一段時間，薄膜太陽能電池有望超越硅電池，但創新大大降低了硅的價格，使其成為大多數企業和房主的首選。

鈣鈦礦的潛在好處和挑戰

好處

鈣鈦礦太陽能電池板比硅太陽能電池效率更高，研究人員仍在發現這種效率的上限。目前，鈣鈦礦面板的當前記錄是>25.5% 的效率。一些研究人員目前推測他們可以達到 31.3% 的效率。

它們也更容易生產，這使得它們更實惠。雖然硅是最常見的元素之一，但鈣鈦礦是地球上最常見的礦物，這意味著材料不是問題。

制造過程本身也更簡單，能夠利用其他行業使用的技術。例如，一家公司目前正在改造柯達工廠以生產鈣鈦礦太陽能薄膜。

另一方面，硅太陽能電池的生產是一個微妙的過程，需要最大限度地減少污染物以及極端溫度。

挑戰

鈣鈦礦在太陽能電池生產中的優勢可能會讓您想知道為什么它們目前沒有被用于更多的太陽能電池。該材料有兩個主要問題：陷阱狀態和壽命。

當細胞捕獲電子和空穴時，就會出現陷阱狀態。這降低了鈣鈦礦電池的效率，同時也導致它更快地降解。從本質上講，它否定了鈣鈦礦相對于硅的優勢，同時也強調了它最大的弱點。

質量保證測試對于確保鈣鈦礦電池不會遭受陷阱狀態非常重要。幸運的是，可以通過電容電壓分析檢測導致陷阱狀態的缺陷，這意味著可靠的制造商將能夠在問題推向市場之前檢測到問題。

長壽問題很嚴重。在研究的早期，鈣鈦礦的壽命以秒為單位測量。在這一點上，研究人員可以制造出持續數月的鈣鈦礦電池，但與可持續大約 25 年的硅電池相比，這仍然是一個非常短的時間框架。

雖然鈣鈦礦電池不太可能達到這樣的壽命水平，但研究人員仍需要測試材料的上限以確定它可以持續多長時間。這將幫助市場決定是否值得權衡效率以獲得更容易生產的更高效的電池。

移動太快

除了在使用鈣鈦礦時出現的所有挑戰外，人們還擔心在鈣鈦礦電池上投資過多、過快帶來的商業影響。

在硅太陽能電池顯著降低成本之前，薄膜太陽能電池似乎有望占領市場。對前者進行大量投資的公司發現自己擁有很少有人想要的產品。

出于這個原因，一些鈣鈦礦倡導者強調在將技術推向市場之前確保技術準備就緒是多么重要：一旦解決了所有研發問題，制造商就可以更有信心地向前發展。

對于太陽能電池板制造商來說，關鍵是要尊重這一教訓，同時確保他們不會太晚進入市場。

鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池

使用鈣鈦礦或硅制造太陽能電池板之間的選擇并不像看起來那樣二元。事實上，最高的太陽能電池效率為29.5%，發生在結合硅和鈣鈦礦制造太陽能電池時。

鈣鈦礦/硅串聯電池的上限甚至高于鈣鈦礦本身。雖然研究人員認為鈣鈦礦電池有可能達到 31.3% 的效率，但他們推測鈣鈦礦/硅電池的效率可能達到 45%。

鈣鈦礦太陽能電池的未來

目前市場上還沒有鈣鈦礦太陽能電池，但有幾家公司正準備從 2022 年開始發布商業產品。能源部還投資 6000 萬美元來推進這項技術。

它們的簡單性和效率指向太陽能電池板行業對硅的依賴程度降低的未來。硅似乎不太可能與鈣鈦礦的潛力相媲美，因為它以多種方式改進了硅。