钙钛矿太阳能电池，会是下一个能源革命吗？

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钙钛矿太阳能电池，会是下一个能源革命吗？

日前，华南理工大学教授严克友团队与合作者针对钙钛矿电池光热稳定性差的行业难题，利用绿色配体演变策略，调控全无机窄带隙钙钛矿薄膜的成核结晶，成功制备出全球首个2端全无机钙钛矿叠层电池。相关论文近日发表于《自然》。

全无机钙钛矿叠层电池的成功构建，有望在未来解决有机-无机杂化钙钛矿叠层太阳能电池光热稳定性差的问题。这无疑是钙钛矿太阳能电池发展史的重大突破。

钙钛矿，这个曾经隐匿在材料学深处的专业名词，如今摇身一变，成为光伏领域炙手可热的 “潜力股”，风头正劲。

被命运选中的钙钛矿

过去10年，围绕钙钛矿太阳能电池所发生的一切，足以令人大开眼界。

钙钛矿太阳能电池只用了10年时间，就走完了晶硅40年才抵达的境界——将实验室转化率从3.8%提升至25%甚至更高，并开向超过30%的新目标狂奔而去。

事实上，钙钛矿太阳能的历史是个极为漫长的故事。

1839年，德国矿物学家古斯塔夫·罗斯（Gustav Rose）探险俄罗斯乌拉尔山，在那里，天然矿物钛酸钙（CaTiO3）晶体第一次地展现在科学家眼前。

为向地质学家Lev Perovski致敬，Gustav Rose遂将其命名为Perovskite（钙钛矿）。但是“此矿非彼矿”，这与后来用于太阳能的电池的钙钛矿材料还是有天壤之别的。

同年，19岁的法国男孩亚历山大·贝克雷尔（Alexandre Becquerel），偶然发现了光照能使半导体材料不同部位之间产生电位差，光伏效应随即问世。

左：亚历山大·贝克雷尔（Alexandre Becquerel）;右：Lev Perovski。

这两个同年出现的新发现，在真正相遇之前，还要经过上百年漫长的等待。

而真正的钙钛矿太阳能电池的研究始于2009年，距离发现光伏效应已有一百七十年之久，当时日本科学家宫坂力及其同事首次制备出全球第一个具有光电转换效率的钙钛矿太阳能电池器件，尽管其转换效率仅有3.8%。

从这一刻，钙钛矿太阳能电池的发展之路，正式开启。

半路杀出的“程咬金”

此后，钙钛矿太阳能电池的效率便如坐火箭般，一路飙升。

2012年韩国朴南圭团队报告了效率接近10%的全固态钙钛矿太阳能电池。

到了2013年，斯奈斯等人采用共蒸发方法制备钙钛矿薄膜，形成了一种全新的平面异质结电池，效率达到15.4%。

2016年，瑞士洛桑联邦理工学院用涂布工艺和简易真空工艺结合，制备出SD卡大小的钙钛矿太阳能电池，单元转换效率一下超过了20%。

至今，钙钛矿太阳能电池的转换效率已提高到25%以上，接近硅基太阳能电池的效率记录。

“草根光伏”整理自各大电池、组件厂商发布的公开信息

不仅如此，根据协鑫光电透露：100兆瓦的单一钙钛矿电池工厂，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入，到组件成型，总共只需45分钟。而对于晶硅来说，硅料、硅片、电池、组件需要四个以上不同工厂生产加工，倘若所有环节无缝对接，一片组件完工大概也要三天左右时间，用时差异巨大。

知名光储行业评论员老杨，在一年前就已经提出：“钙钛矿在玻璃上，是没有前途的。钙钛矿加晶硅的叠层，才是未来方向。”

如今看来，这是老杨掏心窝子的大实话。

据不完全统计，光伏资讯整理了2023年以来钙钛矿组件效率一览表，具体如下：

凡是表中所提到的钙钛矿叠层电池，效率已遥遥领先于其他单钙钛矿组件。效率的提升，尤其钙钛矿叠层电池的效率突破，正在带来更大想象空间。

产业化落地生根

这一年来，钙钛矿领域在签约与投产方面频频传来好消息，标志着这一新型高效太阳能电池技术正加速进入规模化量产和商业化应用阶段。

据不完全统计，年初至今，已有多个钙钛矿太阳能电池项目正式签约。

具体如下：

在投产量产方面，仁烁光能的150MW钙钛矿量产线自2024年1月11日竣工投产以来，经过10个月的效率爬坡，全面积转换效率已达19.27%，创造了商用钙钛矿组件新的世界纪录。

同样，杭州柯林控股的杭州柯能新能源有限公司也于11月29日正式投产了100MW钙钛矿大面积组件产线，标志着该公司钙钛矿光伏组件向商业化进军迈出了坚实的一步。

柯能新能源此次量产的新型薄膜光伏组件最大设计尺寸为1200X650mm，是业内公认最适合BIPV等应用场景的组件尺寸范围，其钙钛矿组件光电转换效率已达到行业先进水平，并获得了德国莱茵认证。

脉络能源在珠海市香洲区正菱（三溪）高科园也建成了100MW钙钛矿光伏组件生产线，并成功实现首片组件下线。该生产线主要生产面积为1.2x1.6m2的大面积地面电站和光伏建筑一体化（BIPV）用钙钛矿光伏组件，同时兼容室内弱光组件和大面积柔性组件的生产。目前，脉络能源的钙钛矿光伏组件在标准测试条件下输出功率超过336W，全面积转换效率达到17.5%。

极电光能的GW量产线也于11月5日实现了全工序的整线贯通，2.8平米超大面积钙钛矿组件首片顺利下线，组件功率达到450W，全面积效率16.1%，这标志着全球钙钛矿产业化正式迈入GW级规模化量产阶段。

随着钙钛矿技术的不断成熟和商业化进程的加快，越来越多的企业开始涉足这一领域。

在政策的持续引导下，钙钛矿电池技术得到了国家的大力支持。中国国家能源局与科学技术部在2022年4月发布 《十四五能源领域科技创新规划》中明确提到，要开展高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术。这些政策的出台为钙钛矿技术的产业化落地提供了有力的保障。

谣言质疑伴随花路

当然，成功的路上不免伴随着谣言与质疑。钙钛矿成长的花路同样也未能幸免。

稳定性差和有毒性这两个巨大质疑已缠身钙钛矿太阳能电池多年。

大家对钙钛矿的稳定性提出质疑，这其实源自于对晶体结构的质疑。晶硅是一种金刚石结构，可以扛到1400多度才开始熔解，而钙钛矿是一种六方晶的离子晶体结构，它的分解温度大概是摄氏200度-300度。1000多度，看起来确实是一个很大的差异，但若从实用视角看，则可以得到另外一种结论。我们知道，太阳能电池在地球表面使用，温度很难超过75度-85度这个区间，所以，两三百度足够用，而1400度则成为一个巨大冗余。

事实上，钙钛矿的稳定性是逐年提升的。

2019年的9月到11月，协鑫在连45×65组件上进行75度下，连续1000多小时的实测，没有任何的衰减。

2020年年底，在晶硅IEC61215标准下，钙钛矿组件连续工作9000个小时没有任何衰减，可以明确说，这个结果，同样没有任何一种晶硅能够达到。

除此之外，钙钛矿还有一个问题被经常质疑——铅含量。

实际上，如果对晶硅进行研究，会发现晶硅行业用铅量远远超过了钙钛矿——虽然硅片不含铅，但焊带是铜箔涂铅的，每一块标准尺寸的晶硅组件里大概有18克左右的铅，而同样尺寸的钙钛矿组件，含铅量不会超过2克。所以，关于饱受争议的含铅量，其实是一个伪问题。

结语

钙钛矿太阳能电池作为新一代太阳能电池技术，具有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。

现在，无论科学界还是企业界，一个基础判断正在逐渐形成共识，当真正的技术迭代要发生时，没有办法、也没有力量阻止潮水的流向，而钙钛矿对晶硅的替代，即将逐步发生。

素材来源：网页公开信息，能源严究院，3060，草根光伏

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