效率再次突破！钙钛矿太阳能电池模块发展迅速

钙钛矿太阳能电池最新进展

新型钙钛矿薄膜太阳能电池因其高效率、低成本及可柔性化等优势而备受关注。近年来，促进钙钛矿电池产业化，推动其大规模应用，已经提上日程。全溶液的涂布工艺因其可大面积制备、原料利用率高、涂覆速度快、适合流水线操作等优势而成为国内外钙钛矿科研和产业领域的竞争焦点。但是，钙钛矿太阳能电池面临着随着面积放大，其器件效率大幅下降的困境。其主要原因是受大面积电池涂布制备工艺的影响，吸收层的均匀性和质量明显下降。针对涂布过程中涉及钙钛矿成核及结晶过程的研究，已经成为进一步提升大面积钙钛矿太阳能电池效率的关键步骤。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队一直致力于通过器件物理研究和材料调控开发高性能钙钛矿太阳能电池。在高质量钙钛矿薄膜制备、载流子动力学过程研究、电池效率和稳定性提升、器件无损诊断等方面开展了系统研究。先后发展了界面应力调控、钙钛矿薄膜表界面缺陷钝化、以及钙钛矿层结晶诱导等方法，实现了超过25%光电转换效率，并在电池模块上实现了超过22%（>10 cm²）光电转换效率(Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1901352；Adv. Mater. 2020, 20,1907356；Adv. Energy Mater. 2022, 22, 2202799；Joule, 2022, 6, 676)。钙钛矿太阳能电池关键材料与技术已获国家授权发明专利18项。

近期，该团队利用全涂布工艺实现了钙钛矿太阳能电池中各功能层制备，通过对钙钛矿吸收层在涂布过程中结晶动力学的调控以及界面缺陷的钝化，实现了高结晶质量的吸收层的制备，制备了高效率钙钛矿电池模块。

2023年1月，经中国计量院第三方测试认证，该团队研制的12 cm²钙钛矿太阳能电池模块孔径面积效率为23.09 %，有效面积效率达到24.31 %。这两项效率指标均是当前该领域获得国家认证单位认证的模块最高效率（模块窗口面积大于10 cm²），也是继去年11月份以来，该团队再次打破并刷新原先单结钙钛矿太阳能电池模块的纪录效率。该团队获得该研究进展对于进一步推动钙钛矿太阳能电池的产业化具有重要意义。

被看好的钙钛矿电池 

钙钛矿是一种光电转换效率高的晶体材料，在光伏、LED 等领域广泛应用。利用333等钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料制作的太阳能电池，称为钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池（Emerging PV）。

钙钛矿作为一种人工合成材料，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大，因此大放异彩。近年，全球顶尖科研机构和大型跨国公司，如牛津大学、瑞士洛桑联邦理工学院、日本松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力，力争早日实现量产。

2017 年 2 月，纤纳光电以 15.2%的转换效率，首次打破此前长期由日本保持的钙钛矿小组件的世界效率纪录。此后，分别在当年 5 月和 12 月，以 16%和 17.4%的转换效率实现了一年三破世界纪录的佳绩。这一次，他们又将钙钛矿小组件转换效率提升至 17.9%，稳态输出效率达 17.3%。该结果再一次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术领先优势。

2022年，南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授课题组和英国牛津大学学者，运用涂布印刷、真空沉积等技术，在国际上首次实现了大面积全钙钛矿叠层光伏组件的制备，开辟了大面积钙钛矿叠层电池的量产化、商业化的全新路径。经国际权威第三方测试机构认证，该组件稳定的光电转换效率高达21.7%。

2022年10月18日，宁德时代新能源科技股份有限公司“钙钛矿太阳能电池及其制备方法、用电设备”专利公布，钙钛矿电池技术的产业化进程将进一步提速。

摘要显示，该专利涉及太阳能电池领域，钙钛矿太阳能电池包括背板、透明基板，透明基板与背板之间形成有密封腔；以及钙钛矿太阳能电池器件，钙钛矿太阳能电池器件位于密封腔内;其中，密封腔内含有体积分数为10%-100%的氨气以及余量的惰性气体。10%-100%的氨气能够提高钙钛矿材料的化学稳定性能，从而提高钙钛矿太阳能电池器件的热稳定性，进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率和使用寿命。

广阔的发展前景

相比于晶硅电池，钙钛矿电池具有极限转换效率高、生产成本低、制备工艺简单、高柔性等优势，且非常适合与晶硅电池制成硅/钙钛矿叠层电池，因此拥有极为广阔的发展前景。

在 “2022光伏新能源产业发展金坛长荡湖峰会”上，中国科学院院士、复旦大学光电研究院院长褚君浩表示：“钙钛矿电池值得关注……钙钛矿如果做成叠层电池可更多利用太阳能，效率可到31.25%，打破了单体的钙钛矿电池和单体的晶硅电池。现在，业界把研发高效的钙钛矿电池作为非常重要的方向，美国也成立了钙钛矿光伏联盟。”

碧桂园、腾讯、高瓴等资本巨鳄近些年也纷纷入局钙钛矿领域。碧桂园于2021年参投极电光能、2022年参投无限光能；腾讯于2022年参投协鑫光电B轮融资;高瓴资本领投曜能科技A轮融资。

除了资本青睐以外，政府主管部门也极为重视钙钛矿技术的发展。在科技部等九部门发布的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》中提出，要研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术;在国家发改委、国家能源局等9部门联合印发的《“十四五”可再生能源发展规划》中指出，要掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术。

业内人士表示，随着钙钛矿电池技术不断的突破创新，将加速钙钛矿电池市场需求及商业化进程。