钙钛矿电池工作原理

钙钛矿太阳能电池，这个名字在今年的光伏行业声名鹊起。钙钛矿电池的工作原理与晶硅电池类似。光生电动势的物理过程为：钙钛矿吸光层吸收光子之后，电子吸收能量从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。电子与空穴对在吸 光层内部迅速分开，分别通过电子传输层（ETL）、空穴传输层(HTL)输送到阴极、阳 极，随着电子和空穴在阳极和阴极堆积，两极之间产生光生电动势，进而产生光电流。

高效率、低成本、易制备，它以十年的时间走完晶硅太阳能电池近半个世纪的发展之路，成为第三代光伏技术的焦点。协鑫光电董事长范斌表示，钙钛矿技术不仅可以打破晶硅电池技术转换效率的理论“天花板”，还可以降低光伏产业度电成本，是唯一具有商业化应用前景的新兴光伏技术。

晶硅太阳能电池的“颠覆者”?

钙钛矿太阳能电池是以钙钛矿型（ABX3型）晶体作为吸光层材料的电池。它的结构类似于“三明治”。两个电极像三明治的两片面包分别位于最外层，由外向内挨着电极的是空穴传输层和电子传输层，而钙钛矿层则居于最中间。

南京大学现代工程与应用科学学院教授谭海仁指出“目前，传统的晶硅单结太阳能电池遭遇了两个发展瓶颈，一是现有的工业生产能力已经逼近晶硅单结太阳能电池光电转化效率的极限；二是成本高、能耗大，将石英砂提炼为工业硅，制成单晶硅的过程，需要超过1000℃的高温，而钙钛矿太阳能电池的制备只需要大约100℃。在这种情况下，生产成本更低、更节能的钙钛矿电池，被视为近年来光伏产业发展的新机遇。”

但钙钛矿太阳能电池的稳定性是制约其产业化的重要因素。钙钛矿太阳能电池在效率和成本方面都优于晶硅电池，但其主要缺点是寿命短(稳定性差)。目前，钙钛矿太阳能电池的T80寿命约为4000小时，其效率仅为初始值的80%，与目前主流光伏技术25年寿命相差甚远。钙钛矿太阳能电池不稳定的原因主要有：吸湿性、热不稳定性、离子迁移等，以及外部因素如紫外线、光照等。

钙钛矿电池的量产还有许多其他难题。目前PSCs 大面积模块的效率仍远低于小面积，是制约产业化的另一难题；高质量均匀大面积薄膜的制备方法有待突破；含铅钙钛矿存在环境污染风险，也是产业化待解决的问题。

然而，在我国新能源政策推动下，这些难题正被一一突破。

政策支持，行业布局加速

今年以来，国家层面出台不少政策积极推进钙钛矿太阳能电池发展。

《“十四五”能源领域科技创新规划》指出，要开展高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术的示范试验，具体包括∶研制基于溶液法与物理法的钙钛矿电池量产工艺制程设备，开发高可靠性组件级联与封装技术，研发大面积、高效率、高稳定性、环境友好型的钙钛矿电池；开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。

《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》提出，研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术。近日发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见（征求意见稿）》中也要求，加快智能光伏创新突破，支持钙钛矿及叠层电池等先进技术的研发应用，提升规模化量产能力。

国内钙钛矿电池产业链企业布局推进，未来可期.在设备方面，国内设备企业和下游太阳能电池企业联合开展钙钛矿叠层电池技术开发战略合作；与此同时，其他设备企业也在研发 RPD设备，获得了中试生产订单，后续还会深入研发和推进整条生产线。

除设备端外，国内光伏企业(如通威股份、东方日升)、宁德时代、聆达股份等非光伏企业纷纷布局钙钛矿电池项目；同时，协鑫光电也成为钙钛矿太阳能电池组件发展速度最快的企业之一。今年二月，全球首座钙钛矿光伏地面电站由纤纳光电提供，装机规模为12兆瓦。国内企业纷纷布局钙钛矿，试图在钙钛矿电池领域抢占先机。