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钙钛矿光伏技术发展现状与建议

钙钛矿太阳能电池作为新兴的第三代光伏技术，自2009年面世以来，短短十几年内光电转换效率从3.8%提升到了25.7%。随着晶硅太阳能电池的效率逐渐接近理论极限值，高效率、低成本的钙钛矿电池越发受到全球光伏行业的关注。在学术研究持续深入开展的同时，钙钛矿光伏的产业化技术也不断取得突破。我国作为全球第一光伏大国，在晶硅光伏领域长期保持领先地位；而在新兴的钙钛矿光伏领域中，与各国处于同一起跑线。为促使我国在钙钛矿光伏产业化初期建立先发优势，需协调“政产学研用”多端发力，引入多种先进技术提升钙钛矿光伏量产水平，加快开展实证和示范应用，及时构建钙钛矿光伏标准体系，确保钙钛矿光伏技术产业化进程全面自主可持续。

一、钙钛矿光伏技术发展现状

钙钛矿太阳能电池以钙钛矿结构卤化物作为光吸收层材料，具有带隙可调、吸光系数高、温度系数低、轻薄柔性等特点，是当前最具大规模推广应用前景的一类新型太阳能电池。经过十余年研究，钙钛矿光伏的基本原理、材料配方、性能优化路径等方面已逐步成型。同时，晶硅光伏电池和组件的量产工艺及产线设备的全面国产化为钙钛矿光伏技术产业化提供了先导性的借鉴。近几年，来自高校、科研院所的研发团队和晶硅光伏领域的电池、组件及设备厂商纷纷投入钙钛矿光伏技术研发，在钙钛矿电池、钙钛矿叠层电池、钙钛矿光伏组件和钙钛矿组件生产装备等方面取得了显著进展。

（一）钙钛矿太阳能电池研究现状

高效率是钙钛矿太阳能电池最引人注目的优势。钙钛矿电池的理论极限效率为33%，远高于晶硅电池的29.4%。通过优化电池的组分、微观结构、制备工艺等，实验室中制备钙钛矿电池的效率屡创新高。2022年7月，中科院半导体所研发的钙钛矿电池获得了25.6%的认证效率，仅次于韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）于2021年创造的25.7%的世界最高效率纪录。

钙钛矿电池的光谱响应范围在300~800纳米，即可见光波段，而晶硅电池、铜铟镓硒（CIGS）电池等可以吸收利用红外光。因此，将钙钛矿电池和晶硅、CIGS等电池组成叠层电池，能够充分利用各波段的光照，获得更高的光电转换效率。而钙钛矿电池自身的吸收光波段范围也可以通过调节带隙作出改变。将宽带隙和窄带隙的钙钛矿电池组成叠层电池，光电转换效率可以显著提高。2022年6月，南京大学研发出效率为28.0%的钙钛矿/钙钛矿叠层电池，刷新了世界纪录。

适用于建筑物、便携式设备、消费品等应用场景的柔性钙钛矿电池和室内钙钛矿电池也是当前的研究热点。清华大学研发的柔性钙钛矿电池最高效率为23.6%，刷新了世界纪录；目前室内钙钛矿电池的世界最高效率由陕西师范大学保持，在824.5勒克司的室内灯光照射下，电池效率高达40.1%。

我国的钙钛矿太阳能电池研究与国际上同步发展，多个研究团队处于国际一流水平。实验室研究的丰硕成果为我国钙钛矿光伏产业化提供了充分的理论指导，学术界与产业界开展了深入合作，持续推动实验室研究成果向量产技术的转化。

（二）钙钛矿光伏组件技术发展现状

钙钛矿光伏组件属于薄膜组件，是在玻璃上依次沉积钙钛矿电池的各层薄膜，并封装制成的。电池中的空穴传输层、电子传输层、对电极等各层薄膜通常采用真空沉积法制备，而钙钛矿吸收层的制备工艺分为湿法和干法两类。典型的湿法工艺例如狭缝涂布法，设备构造较为简单，易于将电池薄膜涂布面积从实验室制备的毫米级拓宽到数十厘米，因而为目前大部分试验产线所采用。但考虑到增大组件面积将对薄膜质量提出更高的要求，真空蒸镀等干法工艺可能更适用于一米以上宽度大面积组件的量产产线。

由于大面积薄膜质量控制难度较高，钙钛矿组件面积越大，效率下降越多。目前，数十平方厘米的小组件效率可达到20%以上，数百平方厘米的组件效率可达到18%，而0.1平方米以上的组件效率仅在16%左右。可见，适合于大规模应用的大尺寸钙钛矿组件效率仍待提高。

现已初步建成及在建的钙钛矿组件产线均为百兆瓦级及以下的试验线，采用湿法涂布钙钛矿吸收层薄膜。基于与量产相近的产线条件，组件的材料配方、生产工艺、产品规格设计等有望快速优化。

钙钛矿/晶硅叠层组件与常规钙钛矿组件的主要区别在于，钙钛矿电池薄膜并非直接沉积在整面玻璃上，而是沉积在晶硅电池片上。一方面，较小的薄膜面积降低了对薄膜沉积设备的尺寸要求，与晶硅电池片产线的耦合也有助于降低生产成本；而另一方面，钙钛矿电池需与晶硅电池进行带隙匹配，电池设计难度较大。目前，实验室中制备的20平方厘米钙钛矿/晶硅叠层组件最高效率为26.63%，但尚未有钙钛矿叠层组件中试线建成投产。

此外，基于钙钛矿电池的轻薄、半透明等特点，也有研究机构和厂商正在研发柔性组件和彩色组件。这些特殊组件有望在可穿戴设备、建筑等场景获得应用。

二、钙钛矿光伏产业化面临的挑战

（一）钙钛矿电池长期服役的稳定