钙钛矿+晶硅：双剑合璧推动转化效率提升

来源：市场资讯

（来源：中国三峡能源）

编者按

长期以来，三峡能源坚持创新引领发展，深入贯彻落实党中央关于科技创新的重大决策部署，聚焦新型电力系统关键环节，实现了一系列从“0到1”的技术突破和从“1到N”的产业跨越。即日起，我们将围绕国家能源局“首台（套）”等系列科技创新成果，做好技术科普，记录攻关故事，呈现应用实效。今天，让我们把目光投向三峡能源在钙钛矿领域的创新实践。

1954年，美国贝尔实验室诞生了世界上第一块具有实用价值的太阳能电池，它成功驱动起一台小型无线电发报机，彼时的太阳能电池光电转化效率首次突破6%——意味着，每接收100份阳光，只能将其中6份转化成电能。

▲美国贝尔实验室诞生了世界上第一块具有实用价值的太阳能电池

七十多年后的今天，光伏技术已实现跨越式发展。中国光伏企业在大规模量产下，普遍实现20%以上的转化效率。但受制于物理定律和材料限制，晶硅制造的光伏电池有一个难以突破的理论极值——29.43%。这个看似普通的数字，在光伏业界却如同“圣杯”一般，吸引着无数企业深耕细作，通过技术迭代与工艺升级，不断向这一极限逼近。

在接近理论极值的赛程中，多种晶硅技术路线竞相追赶，地面光伏由P型向N型电池迭代，N型主要包括‌TOPCon、BC、HJT‌等技术路线。

TOPCon技术在晶硅电池背面制备极薄的“隔离保护层”，避免硅片和金属电极直接接触，减少发电过程中电子的浪费，从而实现更高的转化效率。

BC背接触技术则将太阳能电池的正负极金属接触全部集成在背面，消除了传统电池正面电极对阳光的遮挡，提升了光吸收面积和转换效率。

HJT异质结电池采用多层不同半导体材料薄膜沉积工艺，在转化效率和双面发电性能优势显著，在长期使用中能保持较高的发电量，但受限于当前工艺水平，其设备与材料成本相对较高。

即便各类晶硅技术不断突破，业界普遍认为，主流晶硅太阳能电池的光电转化效率已接近理论极限效率29.43%，技术发展趋近瓶颈，技术迭代边际效益逐渐降低，进一步降本增效必须依靠新材料的突破。

其中，钙钛矿作为一种新型太阳能电池材料，凭借其高转化率、高电荷传输率、低成本、制作简单等优点脱颖而出，被《科学》杂志评为2013年十大突破之一，成为下一代光伏技术的核心方向。

数据显示，单结钙钛矿电池理论极限效率达到33%以上，两结钙钛矿叠层电池达45%，钙钛矿+晶硅叠层电池的理论极限效率也超过43%，远超单一晶硅电池的上限，为光伏效率提升打开了全新空间。

▲不同技术路线的转化效率

但实验室的成功，不代表商业化可行，中间还隔着技术、工艺、可靠性等重重关卡。想要让钙钛矿技术真正走向市场，钙钛矿也需要走出一条基础研究、工艺开发、装备研制、示范验证的产业化之路，通过系统化的技术攻关实现突破，为规模化商业应用奠定基础。

近年来，三峡能源主动布局、前瞻发力，通过产业基金投资国内钙钛矿电池技术领域领先企业部署钙钛矿技术研发应用，联合三峡科研院和国内高校，依托自身在全国布局的新能源项目，在山东、海南、青海、内蒙古在内的东西南北四地，覆盖沙漠、高原、湿热等多场景与气候，建设钙钛矿光伏电站，推动钙钛矿电池技术走出实验室，接受自然环境的真实考验。

2023年11月，三峡能源在内蒙古库布其沙漠腹地，迈出创新示范应用的第一步。依托蒙西基地库布其200万千瓦光伏治沙项目配套建设钙钛矿地面光伏项目。项目装机容量1兆瓦，安装钙钛矿光伏组件11200块，成为全球首个商用兆瓦级钙钛矿光伏项目。

▲内蒙古库布其光伏治沙电站

2025年11月，三峡能源依托青海海西百万千瓦光伏+光热项目，建成5兆瓦钙钛矿光伏示范项目，安装50568块钙钛矿组件，进一步扩大了钙钛矿技术的示范应用规模。

▲青海海西钙钛矿电站

值得注意的是，三峡能源在内蒙古库布齐、青海海西已经建成的这两个项目采用的均为单结钙钛矿组件。单结钙钛矿组件是单独以钙钛矿作为吸光层研制的电池组件，是纯纯的钙钛矿电池。

在山东峄城，三峡能源将钙钛矿组件应用更向前推进一步，开展了四端钙钛矿/晶硅叠层组件的示范应用。

四端钙钛矿/晶硅叠层组件，就像在传统的晶硅电池“底座”上，叠加了一层钙钛矿电池“顶盖”。它们分工合作，各自独立发电，宽带隙钙钛矿顶电池作为“高能捕手”，专门吸收可见光中能量较高的光子，比如蓝光、绿光、红光。下方的窄带隙晶硅底电池则作为“全能补手”，吸收穿过顶层电池的近红外光，把剩余能量充分捕获。因为彼此没有电学关联，顶底电池可以各自单独制备，最后再通过物理层压封装技术合为一体。发电时，四根导线同时输出电能，互不干扰。四端钙钛矿叠层结构可兼容各类先进晶硅技术路线，真正实现了“双剑合璧”。

▲山东峄城底阁光伏项目

2025年4月，山东峄城底阁50兆瓦光伏项目建成国内外首个规模超500千瓦的平米级四端钙钛矿/晶硅叠层组件示范应用电站。示范电站主体采用钙钛矿晶硅叠层组件，为了方便实证监测，28个方阵中还专门设置了2个对比方阵，布设单结钙钛矿组件和TOPCon晶硅组件。三种品类光伏电池“同台竞技”，在同样的光照下转化电流，在同样的风雨中接受衰减考验，让科研人员能够更加全面综合地评估三类电池的发电特性。

通过持续的研发、优化、验证，钙钛矿晶硅叠层组件获得了25.36%的认证效率并通过IEC标准下6.6倍紫外与2倍湿热加速老化测试，功率衰减均小于5%，证明了其商业化应用的可行性。

无论是库布其兆瓦级钙钛矿电站，还是山东峄城百千瓦级钙钛矿/晶硅叠层电站，都是世界范围内的第一个，开创了钙钛矿光伏技术规模化应用的先河。

2025年，三峡集团平米级钙钛矿/TOPCon晶硅四端叠层组件及其百兆瓦级生产工艺入列国家能源局第五批能源领域首台（套）重大技术装备名单，这既是对钙钛矿光伏技术自主创新成果的认可，也是对整个产业链携手攻克技术难关、推动实景应用的肯定。

钙钛矿的产业化之路还在不断向前延展。“最近的两个好消息。根据山东峄城项目三月份的发电数据，钙钛矿晶硅叠层组件与单结晶硅相比，发电增益达到10%。同时，量产最新数据显示，四端钙钛矿/BC晶硅叠层组件量产最高效率达到26.49%，通过IEC 61730 & IEC 61215全序列稳定性认证，相当于通过了光伏组件领域的两大核心国际标准，前者主攻安全性测试，后者专注性能验证。”三峡科研院董一昕博士说道。