解密钙钛矿：稳定性才是商业化的根本！

挡在钙钛矿太阳能技术面前的拦路虎，正变得越来越少。

钙钛矿太阳能电池的诞生

具有钙钛矿相的有机无机杂化金属卤化物太阳能电池(简称“钙钛矿太阳能电池”)在过去十年中吸引了光伏行业众多的关注目光。最早将这类钙钛矿材料应用到电池上的是日本横滨大学教授Tsutomu Miyasaka。2009年，他首次将有机-无机杂化钙钛矿金属卤化物材料应用于染料敏化太阳能电池的结构中，得到了光电转换效率为3.8%的太阳能电池。钙钛矿材料在光伏发电中的应用太阳能由此展开。

此后十余年，钙钛矿太阳能电池的结构几经迭代，从材料到制备工艺日趋成熟，其实验室光电转换效率已经突破25.5%大关。因为钙钛矿太阳能电池的高光电转换效率和低成本，其巨大商业价值吸引世界各国争先研发，力争早日实现量产。但由于钙钛矿材料对于环境因素如温度，湿度和紫外光等的敏感性，其稳定性成为量产前的最后一道关卡。

纤纳光电的突围

成立于2015年的杭州纤纳光电，在钙钛矿光电转换效率方面始终走在世界前列。2017年公司首次刷新钙钛矿小组件世界效率纪录后，已连续6次刷新钙钛矿组件最高效率。最新成绩20.2%(稳态)，由国际认可的福建省计量科学研究院独立认证，是目前全球钙钛矿小组件最高效率。

在业内人士看来，钙钛矿太阳能电池的认证效率已能媲美晶硅太阳能电池，转换效率已经不是钙钛矿电池商业化应用的制约因素。然而作为光伏产品使用，钙钛矿太阳能电池需要经得起苛刻使用环境和时间的考验。只有当光伏产品的稳定性能够保证在25年内经久耐用，才能给市场和终端客户交上满意的答卷。

众所周知，钙钛矿对空气和水分敏感，但这并不是最致命的问题。封装可以有效避免湿气和氧气对钙钛矿电池的破坏，但是光照对于钙钛矿电池的影响是不可避免的。光会引发多种可能影响器件效率长期稳定性的因素，比如升高的工作温度，产生的应力，光生电荷和光生电压等。

钙钛矿太阳能电池在光照下温度上升，升高的器件工作温度和过量的电荷两者之间的协同作用会加剧离子迁移也会促进缺陷的形成，从而导致钙钛矿电池效率加速衰减。

稳定性测试的考验

在稳定性方面，目前钙钛矿电池主要遵循由瑞士日内瓦国际电工委员会(IEC)制定的IEC 61215太阳能电池检测认证标准，该标准涉及性能测试(Performance test)、环境箱老化测试(Chamber test)、电器安规测试(Electrical shock & Harzard tests)、机械应力测试(Machanical stress tests)、户外测试(Outdoor test)等。

IEC 61215标准中包括常见的最大功率点的测试、低辐照度下的性能，还包括严苛的如光衰老化实验、冷热循环试验、湿热测试试验、紫外老化试验等加速模拟使用场景中的老化测试，用来评估组件在户外长期可靠性。一般认为，通过IEC 61215标准认证的光伏组件在常规的天气下预期使用寿命为25年。

据世纪新能源网了解，在稳定性测试方面，主攻钙钛矿技术的学术机构大部分测试结果均为上述提到的单项测试，到目前为止，仅有纤纳光电公开披露了其钙钛矿产品通过第三方测试的稳定性报告，包括老化测试以及加严测试，在解决钙钛矿技术的稳定性问题方面获得了突破性的进展。

2019年，纤纳光电的钙钛矿组件通过了IEC 61215:2016标准中四项环境箱老化测试，分别为冷热循环测试、光衰老化测试、湿热老化测试和紫外老化测试，测试结果显示，组件老化后的转换效率均与初始值相当。这是全球首例符合IEC 61215标准的钙钛矿组件的产品认证，这意味着钙钛矿技术正式走出实验室，迈向市场，开启了新的征程。

2021年初，纤纳的钙钛矿组件再次通过了紫外、湿热和光衰三项核心耐老化加严测试。其中，紫外耐老化测试的总量为100 kWh，等同于IEC61215标准的6.5倍;湿热耐老化测试3000 h，等同于IEC61215标准的3倍。两项测试组件功率衰减均小于5%。在为钙钛矿组件量身定制的更严苛的加热光衰老化测试中，在70 ℃ 老化温度以及一个标准太阳光1000 h持续照射后，组件功率基本维持在初始值。

上述两项认证结果代表着，纤纳光电的钙钛矿组件稳定性与其他已经商业化的技术基本相当，远远超过了先前的稳定性预期。

不过行业中也出现了对于钙钛矿稳定性检测的不同声音，认为钙钛矿产品参照的IEC 61215:2016稳定性检测标准为早年在晶硅光伏组件为背景下设计使用的。由于晶硅和钙钛矿这两种材料以及其对应的光伏组件理化性质的不同，使用晶硅太阳能电池标准对待理化性质都更为活泼的钙钛矿太阳能电池有失公允。行业需要在对钙钛矿太阳能电池的研发、生产和使用中总结和制定出针对钙钛矿产品的测试标准，才能更好的对钙钛矿产品在实际使用环境下的寿命做更准确的评估。

不管怎样，在众多科研机构和企业的共同努力之下，被行业寄予厚望、号称能改变光伏行业进程的钙钛矿技术正在一步步搬掉面前的拦路虎。钙钛矿电池的未来，值得期待!

责任编辑：肖舟