所谓钙钛矿，并没有钙、钛元素，也没有矿产，而是指一大类化合物，具有与矿物钙钛氧化物相同晶体结构，是制作太阳能电池的替代材料。 为实现太阳能的高效转化和利用，太阳能电池材料是关键，近期钙钛矿材料作为最具备潜力的新型电池材料之一，成为市场广泛关注的热点。 2021年6月，其總投資高達60億元的鈣鈦礦太陽能電池專案正式落地，這是迄今為止，最大的鈣鈦礦電池投資專案。 極電光能已開始建設150MW試驗線，64cm鈣鈦礦光伏組件轉換效率高達20.5%，穩態達20.1%。 光的能量由波長決定，波長愈短，光的能量愈高（參考第 217 頁，第 5 章專欄）。
据不完全统计，截至2021年，钙钛矿光伏领域至少吸引了85亿元投资。 可以预见，在资本加持下，钙钛矿电池技术已进入了加速赛跑阶段，正处于“量产的前夜”。 除此之外，宁德时代（300750.SZ）、聆达股份（300125.SZ）以及通威股份（600438.SH）、东方日升（300118.SZ）等国内光伏企业等均纷纷布局钙钛矿电池项目。 而这条生产线的一旦投建完成，意味着钙钛矿技术正式迈入大规模量产阶段，由此开启商业化之路，协鑫光电有望成为目前世界最大面积钙钛矿光伏组件企业。
鈣鈦礦電池: 光伏大佬押注、資本追逐、“造假”傳聞背後 鈣鈦礦的虛與實
以台灣的國土面積與經濟規模來說，如此高碳排量代表台灣的減碳之路還有很大的努力空間。 朱治偉指出，目前國內能源有 97% 倚賴進口，若是不努力研發再生能源，對於經濟發展或是國防安全都不會是好現象。 「將鈣鈦礦太陽能電池做在可撓曲的面板上，搭配時就能增加很多使用彈性」，朱治偉提到，脆弱的單晶矽電池受到重壓或劇烈震動就會碎裂，但是鈣鈦礦電池的機械性質很好，結構不易被破壞。 朱治偉舉高雄愛河電動船為例，船上是單晶矽太陽能板，光一個面板就重達30~40公斤，20片總共800公斤。 「船雖然能自己發電，但發電量還不夠驅動機台本身重量！」朱治偉笑著說，如果用鈣鈦礦太陽能電池替代，不但能大幅減輕重量，天氣不好時還能將發電裝置取下，騰出空間做其他用途。 好消息是，單晶矽太陽能電池笨重、易碎而無法隨意重組的缺點，很有機會用新型「鈣鈦礦材料」克服。
但相較於目前太陽能電池的主要材料─矽，另一種新興材料─鈣鈦礦號稱可獲得更高效率、更低成本，且裝置環境更具彈性，因而吸引許多關注。 答：鈣鈦礦是第三代太陽能熱門材料，日本是鈣鈦礦技術的發明國，很多企業都積極投入發展，日本新建車站的屋頂將裝設鈣鈦礦太陽能電池，目前包括豐田汽車、本田汽車都著手研開發鈣鈦礦太陽能車。 美國能源部也補貼企業發展鈣鈦礦技術，希望藉此提升太陽能電池自製率，谷歌去年就投資了一家做鈣鈦礦太陽能的波蘭新創公司Saule，進軍新能源產業。
鈣鈦礦電池: 奈米雙晶銅線革新！
此外，機器也要定期保養維修，否則當灰塵逐漸堆積、器材日漸老舊，發電效率也會一點一點地下降。 儘管測試只進行幾個月，但經過處理的電池幾乎沒有任何效率損失，顯然它們應該能夠持續運作更長時間，再加上其他能延長鈣鈦礦太陽能電池使用壽命到 30 年的最新塗層，新競爭者可能已經克服自己的弱點。 鈣鈦礦太陽能電池轉換效率高，但他在商業化路上有個重大阻礙：耐用性低，就算鈣鈦礦太陽能轉換效率再怎麼高，都無法實際應用，不過現在科學家打造新的薄膜，證明鈣鈦礦太陽能電池在運作 1,000 小時後，仍可維持 99% 初始效率。 邀請了來自國內外的20多位產業、學術和研究界專家，從設備、材料、產線設計到應用創新等多個角度，探討第三代太陽能的最新發展和趨勢。 隨著材料、設備問題逐一克服後，陳來助指出，全球鈣鈦礦太陽能電池商機預估2025年將大爆發，如今台灣已可以做材料、設備自主化，未來將著眼國際市場。
大族鐳射主營PCB、光伏、LED封裝領域鐳射裝置，為全球鐳射裝置市佔率前三，自主研發的鈣鈦礦鐳射刻劃裝置已實現量產銷售，大尺寸整線鐳射刻劃裝置已在鈣鈦礦頭部企業交付，為“鈣鈦礦光伏技術創新聯盟”創始單位之一。 鈣鈦礦電池2023 纖納光電與協鑫光電有著類似的發展路徑，產業化進度最快，在2022年7月實現alpha元件量產並出貨給地面光伏電站使用，實現了全球首款鈣鈦礦元件商業化應用，開啟商業化探路。 極電光能背靠長城控股集團，預計2022年完成150MW試製線，進度追平協鑫光電。 鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）當前最高轉換效率25.7%，理論轉化效率可達31%【5】。
鈣鈦礦電池: 台灣鈣鈦礦科技 第三代太陽能
當天稍早，日本桐蔭橫濱大學的科學家大方分享了開創性的太陽能電池配方，這個配方捨棄常見的矽，改用稱為「鈣鈦礦」（perovskite，CaTiO3，後來泛指具有ABX3 晶體結構的物質）的新材料。 這種新型太陽能電池把陽光轉換成電能的效率只有3.8%，因此並未受到注意。 但這個配方為李秀明帶來靈感，他在日本完成了資料蒐集任務後，回到我們當時工作的英國牛津大學克萊蘭登實驗室，對該配方進行一連串調整。 這次修改產生了第一款光電轉換效率超過10%的鈣鈦礦太陽能電池。 李秀明的發明引發了潔淨能源熱潮，與石油不相上下，促使全世界的研究人員爭相提升鈣鈦礦的光電轉換效率。 近10年來，「鈣鈦礦太陽能電池」的光電轉換效率急遽升高，成為備受期待的一種新興再生能源技術，但在大規模商業化前，需要開發出大面積「鈣鈦礦太陽能電池模組」的製造技術，並解決材料不穩定性等問題。
「相較之下，目前發電效率稍微占優勢的單晶矽，是個高耗能、高污染的產業。」朱治偉指出，光是要提煉出矽元素，就得先用高溫把原料的砂熔化，接著在昂貴設備的高溫環境中緩慢結晶。 首先，以矽晶做為材料時，為了減低晶格裡的缺陷數量，必須經過約 900℃ 的高溫長時間處理，然後再以半導體高真空高溫製程製作成二極體太陽能電池，工序繁瑣嚴苛。 但鈣鈦礦太陽能電池是以溶液塗佈薄膜的形式來製作，所以不需這麼高溫，也不需要真空環境，只要在一般環境裡就可以製作。 鈣鈦礦電池2023 鈣鈦礦電池2023 陳來助指出，鈣鈦礦是一種三維結構的組成，也因此能有多種不同變化的組成元素，不同型態的太陽能電池也為產業帶來不同的市場應用，包括了建築一體化（BIPV）、能源車（VIPV）、農電共生、疊層結構以及室內弱光發電。 陳來助說，關鍵在於鈣鈦礦科技獨家開發的奈米薄膜結晶技術（Nano Scale Thin Film Re-crystallization），大幅地改善薄膜粗糙度進而達到平坦化，同時提高產品轉換效率與良率。 台灣鈣鈦礦科技2021年3月成立，不到兩年時間，透過團隊深厚的技術基礎與豐富的產業經驗，成功從實驗線等級進階到產線等級，今年7月剛發表100平方公分正方形面積的鈣鈦礦太陽能電池，相距不到三個月，又順利將尺寸推展到A4大小，看似簡單，技術含量卻相當高。
鈣鈦礦電池: 鈣鈦礦電池是什麼？全台最大鈣鈦礦電池量產，大搶淨零建築、農電共生商機
如此一來，鈣鈦礦太陽能電池可以收捲攜帶，便利性遠勝過單晶矽太陽能電池。 除了政府與業者的大型太陽能專案，太陽能發電對於公司行號或是一般社區大樓也有其誘因。 樓頂架設太陽能裝置不但可以隔熱、防漏水，每年產生的電力也能由政府以較高的價格收購，創造額外利潤。 然而太陽能發電在現階段還有許多缺點等待解決，像是發電裝置在購買設備時就必須先投入大量的建造成本，之後才逐年發電回收。 之後團隊用 BondLynx 處理轉換效率為 24% 的鈣鈦礦太陽能電池，然後放置在長時間的熱和光下，就算連續暴露在模擬日照下 1,000 小時，有效維持 99% 的效率，相較之下，未經處理的太陽能電池在相同條件下、相同時段，損失 35% 初始效率。 界面工程界面工程(Interface Engineering)在提升光電性能和長期穩定性等方面至關重要，因為鈣鈦礦太陽能電池中的界面與缺陷管理、載流子動力學和表面鈍化密切相關。
隨著各大企業投入，預期鈣鈦礦商機將提前爆發，最快在2025年鈣鈦礦太陽能產業將開始起飛，不過鈣鈦礦競爭也會更趨白熱化，中國許多企業也都大力投資鈣鈦礦技術，絕對是未來強而有力的競爭者。 此外，鈣鈦礦太陽能的一個好處就是透明，因為土地的稀缺性，未來安裝更多太陽能板會碰到更多抗爭，因為鈣鈦礦太陽能透明，上面蓋太陽能，下面還是可以種植。 而且未來農業要考量氣候變遷，室外種植要變成室內種植，溫室成本高，如果屋頂可以發電就有收入，溫室成本因而可以下降，而且連窗戶都可以發電。
鈣鈦礦電池: 研究成果
鈣鈦礦薄膜既薄又有彈性、還可捲起，不像矽晶圓又厚又硬，未來將可由特殊印刷機製造出重量極輕、可撓曲，甚至是具有各種色彩的超薄太陽能板和鍍膜。 長庚大學化工與材料工程學系教授李坤穆表示，由於部分鈣鈦礦材料在有水氣與氧氣環境下不穩定，因此有人戲稱效率提升越快的電池越不穩定。 在過去對於鈣鈦礦不甚了解時的確有此現象，但隨著近年來材料組成優化、發現與抑制結構缺陷及製程最佳化，已經可以製備得到大面積且高品質的關鍵鈣鈦礦層。
OilPrice、CleanTechnica 報導，目前光電技術以矽晶太陽能為主，此種太陽能電池堅固耐用，成本也不斷下降，但是一大缺點是能源轉換效率極差。 最平價的矽晶太陽能電池，受到方位、傾斜角度、天候影響，能源轉換效率只有 7~16%。 理論上來說，矽晶太陽能的能源轉換效率最高可達 30%，但是實際上商用面板的轉換效率很少達到 25%。 朱治偉指出，單晶矽生產過程需靠高溫熔化原料、再於高溫環境中緩慢結晶，一點點缺陷都會讓發電效率大幅下降；結晶完切割後，還得進入複雜的半導體製程，整體製造過程須耗費大量能源和水。 新興的鈣鈦礦太陽能電池在實驗室的單片發電效率可達25.8%，幾乎跟實驗室發電效率26%單晶矽不相上下，雖然還在研發階段，但測試數據已讓學界與業界充滿期待。 此外，鈣鈦礦材料可以做成薄膜，附著在軟性或曲面材料上，讓使用有更多不同可能性，更能抵抗重壓和劇烈震動。
鈣鈦礦電池: 鈣鈦礦電池是什麼？老董陳來助談第三代太陽能電池：從材料到設備，台廠一條龍卡位
中央大學研究開發的鈣鈦礦太陽能電池使用有機物、鉛、鹵素等作為電池原料，其材料成本低於矽晶的百分之一，但效率可達八成。 與其他第三代電池相較之下，鈣鈦礦電池元件的生產速度也能加快，光電轉換效率也幾乎為其他第三代電池的兩倍。 鈣鈦礦電池2023 相較之下，鈣鈦礦材料的原料非常易於取得，結晶缺陷對發電效率影響較低，生產過程所需的能源和成本都相對低廉；且在天氣不好、低照度或室內環境，鈣鈦礦太陽能電池仍然能夠持續發電，足以驅動電力需求低的元件。 中研院研究團隊提出將鈣鈦礦太陽能電池做成半透明的薄膜，以太陽能電池搭配集熱管，充分利用太陽能。
但與白熾燈和螢光燈等節能燈相比，製造這些半導體變得複雜且成本高昂。 LED的應用十分廣泛，除了一般我們熟知的電燈外、電子螢幕、手機屏幕和電視的製造也都跟它有關。 不過，就像我們在圖 5－5 中看到的，就算只吸收波長比 1100nm 還短的光，也能吸收到幾乎所有的陽光能量。
鈣鈦礦電池: 鈣鈦礦太陽能電池效能提升 室內光餵飽手機
光能 E（單位為電子伏特eV）與波長 λ（單位為 nm）有以下關係。 另一方面，如果是摻雜鎵（Ga）或銦（In）等 13 族（Ⅲ族）元素的 p 型半導體，會少 1 個電子，形成電洞。 這個電洞位於最外層電子殼層，能量比自由電子還要低（圖 5－4(c)）。 若摻雜雜質磷（P）或砷（As）等 15 族（Ⅴ族）元素，形成 n 型半導體，便會多出 1 個電子。 這個電子會填入最外層電子殼層的最外側軌道（圖 5－4(b)），與共價鍵無關，故能以自由電子的狀態在結晶內自由移動。 在這種狀態下，如果陽光照入空乏層，半導體就會在光能下產生新的電子與電洞，如圖 5－2 所示。
這是因為鈣鈦礦的晶體結構中，ABX3 各成分之間只是單純的彼此堆疊及配位鍵[註2] ，並非以共價鍵結合，鍵結不夠強的情況下，容易受到破壞。 林唯芳的團隊也嘗試著用加入不同離子的方式，增加鈣鈦礦的穩定度，延長使用壽命。 隨著現代科技的發展，人類對能源的需求也逐漸增加，因此科學家一直努力尋找著合適的替代能源。 其中最受矚目的能源之一，莫過於取之不盡、用之不竭的太陽能，因此科學家也一直想研發出理想的太陽能電池，能夠把太陽的能量盡可能的轉化為電能，並且長時間儲存起來。
鈣鈦礦電池: 鈣鈦礦電池：下一代太陽能技術，產業鏈龍頭全梳理
台大凝態科學研究中心及高分子科學與工程研究所教授王立義，與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室奈米技術中心研究員Wanyi Nie與Hsinhan Tsai博士的研究團隊，成功克服目前嚴苛製程的限制。 從2020年幾大電力公司的度電成本來看，如果鈣鈦礦度電成本降低至僅有晶矽電池發電的一半，那麼將明顯優於火力發電，成為極具競爭力的新能源。 鈣鈦礦電池 日前，經國際權威機構 JET 第三方認證，南京大學譚海仁及其科研團隊研製的全鈣鈦礦疊層電池穩態光電轉換效率高達28.0%。 光伏產業變革的十字路口，用10年時間走完晶矽電池50年發展之路的鈣鈦礦橫空出世，其能力轉化率已經突破晶矽電池極限。
鈣鈦礦太陽能轉換效率高，距離規模商業化差臨門一腳，最近美國科學家便透過「分子膠」結構，有助突破材料不穩定、接面裂化瓶頸，解決鈣鈦礦電池壽命短、效率曇花一現的缺點。 鈣鈦礦太陽能電池的元件生產流程：沉積透明導電層（TCO）、沉積電子傳輸層（ETL）、沉積鈣鈦礦層、沉積空穴傳輸層（HTL）、背電池製備、元件封裝，較晶矽類太陽能電池製備大幅簡化。 鈣鈦礦可製備2結、3結及以上的疊層電池，其中2結疊層電池有鈣鈦礦-鈣鈦礦和鈣鈦礦-晶矽疊層電池兩種，轉換效率可提高到40%左右，3結及以上鈣鈦礦疊層電池的理論轉換效率更是能達到50%左右。 鈣鈦礦電池 此外，單晶矽板在大太陽下溫度約會較室溫高出50°C ，導致總發電效率降低15%；在陰天也幾乎完全不發電，更無法在室內等低照度的環境使用。 PeLED使用一種稱為鈣鈦礦（一種金屬鹵化物）的半導體，由不同元素組成。 工程師可以在玻璃基板上生長鈣鈦礦晶體，此外，他們還可以將鈣鈦礦溶解在溶液中，將其塗到玻璃上行成發光層，這比普通LED所需的生產過程更簡單、成本也更低。
鈣鈦礦電池: 產品多樣性
雖然空氣電池仍在研發，一樣需面對負極沉積時產生的晶鬚、安全等問題；但至少在過去 20 年，鋰電池遇到的困難已經多次被解決，電化學儲能的方式大有可為。 2022 年 3 月，Gogoro 與台灣電池廠商輝能科技共同發表，將在 2024 年導入固態鋰電池，用固態電解質來取代傳統鋰電池中的液態電解液。 藉此不僅重量僅有鋰電池的一半，去掉液態成分後更大幅減少漏液、燃燒的風險；更重要的是，固態電池的能量密度上看每公斤 500 瓦時，是三元鋰電池的兩倍，車主們就可以少換幾次電池。
鈣鈦礦可製備2結、3結及以上的疊層電池，其中2結疊層電池有鈣鈦礦-鈣鈦礦和鈣鈦礦-晶硅疊層電池兩種，轉換效率可提高到40%左右，3結及以上鈣鈦礦疊層電池的理論轉換效率更是能達到50%左右。 團隊測試了經過處理后的太陽能電池在能加速電池老化的條件下以及模擬陽光全天候照明情況下的耐久性。 結果表明，這些電池能在2000多個小時內保持最初光電轉化效率的87%。 相比之下，在同樣條件下，經歷相同時間后，未經處理的太陽能電池性能下降到原來的65%。
鈣鈦礦電池: 利用最大化：將不同波長的光導向適合元件
近幾年來，鈣鈦礦太陽能技術受到前所未有的關注，其工業化應用潛力正在被逐漸挖掘。 其中, 室內太陽能電池（Indoor Photovoltaics, IPV）是一種使用光電元件將室內光轉換為電能的應用。 鈣鈦礦太陽能電池具有光活性層能隙可調性，使其在高效率的室內弱光電力採集具有龐大的潛力使其非常適合用於IPV。 鈣鈦礦室內太陽能電池效率提升使得物聯網和智慧家居等應用的發展得以實現。 被稱作第三代太陽能電池「鈣鈦礦」，已逐漸走出實驗室邁入商業階段，台灣鈣鈦礦科技今年首度亮相台灣最大面積「A4大小」的鈣鈦礦太陽能電池，將提供客戶整合材料、製程技術與專業設備的完整方案，將現有太陽能板應用擴大到建築、農電共生，就連室內也可以發電。
- 一般來說，太陽能電池每升高 1°C，會降低整體效率的 0.4% 至 0.5%。
- 每種半導體的帶隙各不相同，而且帶隙和電子的能量有基本的「得與失」關係：帶隙越低，太陽能電池可吸收的陽光光譜範圍越大，可用於激發電子，但每個電子攜帶的能量也越低。
- 展望未來，預期鈣鈦礦太陽能的市場占有率應會逐漸擴大，可與矽晶太陽能分庭抗禮，各國也正加快研發腳步。
- 波蘭的初創企業Saule Technologies一直推進量産的準備工作。
- 目前市面上的太陽能電池能源轉換效率差，只能把極少量的光能轉為電力。
近十年來，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率急遽升高，儼然已成為備受期待的一種新興再生能源技術。 然而在實現大規模商業化前，需要開發出大面積鈣鈦礦太陽能電池模組的製造技術，並解決材料不穩定性等相關問題。 傳統鈣鈦礦太陽能電池製造方法，在工業規模製造上的主要障礙之一是其短暫的可加工時間與嚴苛的製備工藝，為了形成高緻密且均勻的鈣鈦礦薄膜，必須在幾秒鐘內嚴格且精準地控制製程沉積時間，增加了加工難度。 該團隊進一步利用常見的浸漬方法(dipping process)，製造出大面積的高質量鈣鈦礦薄膜，成功展示兩種不同面積的高轉換效能電池模組，有效面積與電池效率分別為15.84 cm2 (17.58%) 和36.6 cm2 (16.06%)。 更重要的，這些元件模組具有優異的操作穩定性，在恆溫(50oC)與恆定照明條件下持續工作250小時後，仍能保留約90%的初始光電轉換效能。
「而且鈣鈦礦電池在天氣不好、低照度或是室內時依然能夠持續發電」，朱治偉提到，單晶矽電池在陰天幾乎完全不發電，而鈣鈦礦電池受影響程度較低，仍可繼續發電。 當矽結晶完後要切成薄片，切片時又損耗材料並產生大量粉塵，切完還得進入複雜的半導體製程，不但需高溫且耗水，還用到有毒溶劑。 雖然科技廠會將高污染排放物先處理到合乎排放標準，但這些製程都需要投入大量能源跟水。 這十年來鈣鈦礦太陽能轉換效率成長驚人，從原先的 3% 增加到 24% 以上，也因為鈣鈦礦製造成本低、重量輕、靈活可撓，科學家對它的關注從來沒有少，但鈣鈦礦太陽能還是有許多改進空間，包括容易衰退、穩定性不佳等問題。 鈣鈦礦的製程溫度則低了許多（僅約100℃），大致上沒有這類缺陷，因此鈣鈦礦太陽能電池受激發時，電子攜帶的能量與矽太陽能電池差不多，也較不容易遭遇障礙而流失能量。
