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把太陽能轉(zhuǎn)化為電能是人類孜孜以求的目標(biāo)，上世紀(jì)五十年代貝爾實驗室發(fā)明了有實際應(yīng)用價值的硅材料太陽能電池，硅材料太陽能電池不斷推陳出新，已經(jīng)開發(fā)出單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太陽能電池，其中單晶硅太陽能電池實驗室最高光電轉(zhuǎn)換效率為25.6%，工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)組件光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)15%，非晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率為10%。硅基太陽能電池是目前在規(guī)模化生產(chǎn)和實際應(yīng)用中占主導(dǎo)地位的太陽能電池類別，有90%的市場占有率。制備單晶硅太陽能電池需要純度為99.9999%的硅，使得電池成本太高；多晶硅太陽能電池生產(chǎn)也需要使用高真空設(shè)備和高潔凈廠房，生產(chǎn)成本仍然很高；非晶硅薄膜太陽能電池則有穩(wěn)定性不好，效率較低的問題。從生產(chǎn)和運行成本上講，硅基太陽能電池產(chǎn)品目前還不具備和水電、火電等進(jìn)行完全市場競爭的能力。硅基太陽能電池民用產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸是成本和污染問題，在過去60多年時間里這些問題并沒有得到根本解決，硅基太陽能發(fā)電產(chǎn)品目前主要用于航天、軍工等高端產(chǎn)品中，民用產(chǎn)品主要靠政府補(bǔ)貼推廣。
最近幾年，歐美日等國家開始對光伏補(bǔ)貼政策進(jìn)行調(diào)整并開展針對中國產(chǎn)品的“雙反”調(diào)查，國內(nèi)硅基太陽能電池廠家馬上進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展“寒冬”季節(jié)，這個事實說明開發(fā)具備真正市場競爭力的新型太陽能電池是產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)實需要。
最近幾年，歐美日等國家開始對光伏補(bǔ)貼政策進(jìn)行調(diào)整并開展針對中國產(chǎn)品的“雙反”調(diào)查，國內(nèi)硅基太陽能電池廠家馬上進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展“寒冬”季節(jié)，這個事實說明開發(fā)具備真正市場競爭力的新型太陽能電池是產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)實需要。
新型太陽能電池一旦達(dá)成效率、成本和壽命方面的突破，會帶來光伏產(chǎn)業(yè)的革命性變化和實現(xiàn)巨大商業(yè)價值。到目前為止，許多新的無機(jī)、有機(jī)電池材料分子不斷被開發(fā)出來，涌現(xiàn)出大量新型太陽能技術(shù)，其中有多元化合物薄膜太陽能電池（如碲化鎘、砷化鎵和銅銦鎵硒薄膜電池），有機(jī)材料薄膜太陽能電池，有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池（如染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦材料太陽能電池）等，這些第二代和三代太陽能電池實現(xiàn)了10%到20%甚至更高的光電轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化門檻階段（附圖1）。
在各類太陽能電池發(fā)展過程中，新材料分子的發(fā)現(xiàn)和性能改進(jìn)，電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化均不同程度幫助提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，其中以鈣鈦礦材料分子表現(xiàn)最為突出。2013年12月20日， 美國《科學(xué)》（Science）雜志推出了他們的2013年十大科學(xué)突破評選結(jié)果，其中鈣鈦礦（Perovskites），一種1839年由Gustav Rose首次發(fā)現(xiàn)并根據(jù)俄羅斯礦物學(xué)家Lev Perovski名字命名的有機(jī)無機(jī)雜化分子材料因為在太陽能電池中的應(yīng)用和電池效率快速提升而入選。“鈣鈦礦材料便宜、易于制備，已經(jīng)取得15%的光電轉(zhuǎn)換效率；雖然比目前商業(yè)化的硅基太陽能電池效率低，但是鈣鈦礦型材料太陽能電池效率提升迅速，它和其它類型太陽能電池集成以后可以捕捉和轉(zhuǎn)換更寬光譜范圍的太陽光”，美國《科學(xué)》雜志這樣給出鈣鈦礦材料入選理由。
事實上，自從2009年日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽能電池作為吸光材料取得3.8%光電轉(zhuǎn)換效率以來，鈣鈦礦材料太陽電池效率已經(jīng)躍升到2013年底的15%和目前的19.3%，并且還在迅速攀升中，有望年內(nèi)突破20%大關(guān)。僅僅用了5年時間，鈣鈦礦材料太陽電池就超越了許多太陽能電池技術(shù)數(shù)十年所積累的效率增長，這是從無先例和引人注目的。
鈣鈦礦材料太陽能電池可能引起光伏產(chǎn)業(yè)革命性的變局，已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注和興趣。過去五年內(nèi)鈣鈦礦材料太陽能電池領(lǐng)域的進(jìn)展顯示出這類材料分子具有改變整個太陽能電池產(chǎn)業(yè)格局的潛力，目前眾多的國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)開始投入力量進(jìn)行鈣鈦礦材料太陽電池技術(shù)研究和材料開發(fā)，發(fā)展增速會明顯加快。
最近，國家科技部863項目、973項目和自然科學(xué)基金委重大專項均安排了經(jīng)費支持鈣鈦礦材料太陽能電池的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)工作。作為市場主體的企業(yè)也敏銳的捕捉到光伏產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向的這一變化，凱惠科技發(fā)展（上海）有限公司就在染料敏化太陽能電池研發(fā)工作基礎(chǔ)上迅速投入力量開始了鈣鈦礦太陽電池材料和器件的研制工作。凱惠科技進(jìn)行新材料和新能源領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)工作目的是為企業(yè)發(fā)展尋找新的增長點，以開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品為目標(biāo)。凱惠科技研發(fā)團(tuán)隊2010年開始和上海交通大學(xué)韓禮元教授合作開展了染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)、材料與器件的研發(fā)工作，已經(jīng)開發(fā)新型有機(jī)敏化劑材料三類，制得電池模塊和初級應(yīng)用器件產(chǎn)品原型一批，完成電池關(guān)鍵材料、模塊和器件國家發(fā)明專利申報七項、國際專利一項。凱惠科技建立起持續(xù)的有機(jī)敏化劑材料、電荷傳輸材料和鈣鈦礦有機(jī)-無機(jī)雜化電池材料的設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)能力，目前已經(jīng)開始染料敏化太陽能電池應(yīng)用產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計和中試制造工作，正在找尋相關(guān)項目產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作伙伴。
人類面臨的能源和環(huán)境問題的日益突出，開發(fā)包括太陽能在內(nèi)的新能源和可再生能源成為全世界范圍重大課題，隨著政府、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入的不斷加大，光伏產(chǎn)業(yè)革命性發(fā)展結(jié)果可以預(yù)期。未來各類光伏電池的市場需求將實現(xiàn)共存，效率、成本、壽命、柔性將成為各類技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化的重要挑戰(zhàn)，找到像鈣鈦礦材料這樣的明星分子和進(jìn)行光伏器件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的內(nèi)容。我們認(rèn)為到2030年，光伏將成為成熟的主要的能源技術(shù)，到2050年，光伏電能可能成為全球性主導(dǎo)能源之一，作為市場主體的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)攜手加上政府的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)支持可以確保和加速這個進(jìn)程的實現(xiàn)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來定會更加絢爛多彩。
（作者供職于凱惠科技發(fā)展（上海）有限公司）
在各類太陽能電池發(fā)展過程中，新材料分子的發(fā)現(xiàn)和性能改進(jìn)，電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化均不同程度幫助提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，其中以鈣鈦礦材料分子表現(xiàn)最為突出。2013年12月20日， 美國《科學(xué)》（Science）雜志推出了他們的2013年十大科學(xué)突破評選結(jié)果，其中鈣鈦礦（Perovskites），一種1839年由Gustav Rose首次發(fā)現(xiàn)并根據(jù)俄羅斯礦物學(xué)家Lev Perovski名字命名的有機(jī)無機(jī)雜化分子材料因為在太陽能電池中的應(yīng)用和電池效率快速提升而入選。“鈣鈦礦材料便宜、易于制備，已經(jīng)取得15%的光電轉(zhuǎn)換效率；雖然比目前商業(yè)化的硅基太陽能電池效率低，但是鈣鈦礦型材料太陽能電池效率提升迅速，它和其它類型太陽能電池集成以后可以捕捉和轉(zhuǎn)換更寬光譜范圍的太陽光”，美國《科學(xué)》雜志這樣給出鈣鈦礦材料入選理由。
事實上，自從2009年日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽能電池作為吸光材料取得3.8%光電轉(zhuǎn)換效率以來，鈣鈦礦材料太陽電池效率已經(jīng)躍升到2013年底的15%和目前的19.3%，并且還在迅速攀升中，有望年內(nèi)突破20%大關(guān)。僅僅用了5年時間，鈣鈦礦材料太陽電池就超越了許多太陽能電池技術(shù)數(shù)十年所積累的效率增長，這是從無先例和引人注目的。
鈣鈦礦材料太陽能電池可能引起光伏產(chǎn)業(yè)革命性的變局，已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注和興趣。過去五年內(nèi)鈣鈦礦材料太陽能電池領(lǐng)域的進(jìn)展顯示出這類材料分子具有改變整個太陽能電池產(chǎn)業(yè)格局的潛力，目前眾多的國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)開始投入力量進(jìn)行鈣鈦礦材料太陽電池技術(shù)研究和材料開發(fā)，發(fā)展增速會明顯加快。
最近，國家科技部863項目、973項目和自然科學(xué)基金委重大專項均安排了經(jīng)費支持鈣鈦礦材料太陽能電池的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)工作。作為市場主體的企業(yè)也敏銳的捕捉到光伏產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向的這一變化，凱惠科技發(fā)展（上海）有限公司就在染料敏化太陽能電池研發(fā)工作基礎(chǔ)上迅速投入力量開始了鈣鈦礦太陽電池材料和器件的研制工作。凱惠科技進(jìn)行新材料和新能源領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)工作目的是為企業(yè)發(fā)展尋找新的增長點，以開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品為目標(biāo)。凱惠科技研發(fā)團(tuán)隊2010年開始和上海交通大學(xué)韓禮元教授合作開展了染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)、材料與器件的研發(fā)工作，已經(jīng)開發(fā)新型有機(jī)敏化劑材料三類，制得電池模塊和初級應(yīng)用器件產(chǎn)品原型一批，完成電池關(guān)鍵材料、模塊和器件國家發(fā)明專利申報七項、國際專利一項。凱惠科技建立起持續(xù)的有機(jī)敏化劑材料、電荷傳輸材料和鈣鈦礦有機(jī)-無機(jī)雜化電池材料的設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)能力，目前已經(jīng)開始染料敏化太陽能電池應(yīng)用產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計和中試制造工作，正在找尋相關(guān)項目產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作伙伴。
人類面臨的能源和環(huán)境問題的日益突出，開發(fā)包括太陽能在內(nèi)的新能源和可再生能源成為全世界范圍重大課題，隨著政府、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入的不斷加大，光伏產(chǎn)業(yè)革命性發(fā)展結(jié)果可以預(yù)期。未來各類光伏電池的市場需求將實現(xiàn)共存，效率、成本、壽命、柔性將成為各類技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化的重要挑戰(zhàn)，找到像鈣鈦礦材料這樣的明星分子和進(jìn)行光伏器件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的內(nèi)容。我們認(rèn)為到2030年，光伏將成為成熟的主要的能源技術(shù)，到2050年，光伏電能可能成為全球性主導(dǎo)能源之一，作為市場主體的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)攜手加上政府的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)支持可以確保和加速這個進(jìn)程的實現(xiàn)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來定會更加絢爛多彩。
（作者供職于凱惠科技發(fā)展（上海）有限公司）
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