近日，在2024上海SNEC展会上隆基绿能宣布其研制的晶硅-钙钛矿叠层太阳电池取得了重大突破。据欧洲太阳能测试机构(ESTI)的权威认证，该电池的光电转换效率高达34.6%!在全球能源转型的浪潮中，光伏行业一直扮演着至关重要的角色。随着技术的不断迭代和升级，光伏电池的效率和成本成为行业发展的核心驱动力。近年来，一种被誉为“未来电池”的新技术逐渐进入大众视野，并展现出巨大的潜力——这就是钙钛矿电池。
钙钛矿电池的定义与发展背景
钙钛矿电池是一种基于钙钛矿材料的光伏电池。钙钛矿材料是一类陶瓷氧化物，其立方八面体结构在光电领域具有极大的优势。2009年，日本科学家Tsutomu Miyasaka首次在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中实现了光伏发电，此后，钙钛矿电池的转换效率迅速提高。短短十余年间，钙钛矿电池的单结转换效率已从最初的3.8%提升至34.6%，显示出其巨大的发展潜力。
钙钛矿电池的主要特点
高转换效率：单结钙钛矿电池的理论转换效率高达31%，而钙钛矿/晶硅叠层电池的理论效率则可达到45%以上。这一特点使其在光电转换效率上具有明显的优势。
低成本：钙钛矿材料成本低廉，对材料纯度要求低。钙钛矿封装材料在生产成本中占比较高，但钙钛矿本身的成本仅占很小一部分。此外，钙钛矿电池的生产制造能耗仅为晶硅电池的1/10，大大降低了生产成本。
生产效率高：钙钛矿电池的产业链较短，仅包含原材料加工、功能层制备、组装三个环节，从原材料到最终组件的全生产过程可以在45分钟内完成，大大提高了生产效率。
应用场景广泛：钙钛矿电池具备质量轻、厚度薄、柔性大、半透明、弱光效应好以及颜色可定制等优良特性，可广泛应用于光伏建筑一体化(BIPV)、电动汽车车顶、智能可穿戴设备等新型场景。
钙钛矿电池的优势
更高的光电转换效率：钙钛矿电池在吸收光谱范围上具有明显优势，几乎可以吸收全部可见光。这使得其在转换效率上远超传统晶硅电池。
更低的制造成本：钙钛矿电池的原材料成本低廉，且生产制造过程能耗极低，综合制造成本仅为晶硅组件的一半左右。钙钛矿电池的高生产效率和低成本，使其在市场竞争中具备明显的价格优势。
更广泛的应用场景：钙钛矿电池的柔性和半透明特性，使其在建筑光伏、电动汽车、智能可穿戴设备等新兴应用领域具有广泛的应用前景。
钙钛矿电池面临的挑战
尽管钙钛矿电池具有诸多优势，但其在大规模商业化应用中仍面临一些挑战。
材料稳定性：钙钛矿材料在光照、湿度和温度等环境因素影响下容易发生降解，影响电池的长期稳定性和使用寿命。尽管目前已有一些钙钛矿企业通过材料优化和封装技术提升了电池的稳定性，但这一问题仍需进一步解决。
规模化生产的工艺难度：钙钛矿电池的大面积制备工艺复杂，需解决制备过程中的材料均匀性和界面质量问题。当前，钙钛矿电池的生产制造工艺和设备尚在不断改进和优化中，规模化生产仍需一定的时间。
市场接受度：作为一种新兴技术，钙钛矿电池需要在市场上建立起信任。尤其是在光伏电站等大规模应用中，下游用户对新技术的接受度和信任度需要时间来培养和建立。
钙钛矿电池的未来展望
尽管面临诸多挑战，钙钛矿电池在光伏领域的前景仍然广阔。其高转换效率和低制造成本，使其有望成为未来光伏市场的主流技术。特别是在与HJT异质结电池结合形成叠层电池方面，钙钛矿电池展现出更大的潜力。
钙钛矿与HJT异质结的叠层电池
钙钛矿与HJT异质结电池的叠层组合，可以充分发挥两者的优势，实现更高的光电转换效率。HJT异质结电池表面为透明导电氧化物(TCO)层，与钙钛矿电池的工艺路线高度兼容，可以实现更高效的叠层结构。这种叠层电池不仅能提高转换效率，还能有效延长电池的使用寿命，降低衰减率，进一步提升电池的市场竞争力。
钙钛矿电池的商业化应用进程
目前，几家领先的钙钛矿企业已在中试产线上取得显著进展，陆续开展GW级产线建设。随着这些企业的规模化生产逐步推进，钙钛矿电池的制造成本将进一步下降，转换效率也将不断提升。预计到2025年，钙钛矿电池将在光伏电站、建筑光伏等领域实现大规模商业化应用，为全球新能源转型注入新的动力。
钙钛矿电池作为光伏行业的未来之星，凭借其高转换效率和低制造成本，正在逐步走向规模化商业化应用的道路。尽管面临材料稳定性和生产工艺等挑战，但随着技术的不断突破和工艺的持续优化，钙钛矿电池的前景依然令人期待。在光伏新能源行业，钙钛矿电池有望与HJT异质结电池携手并进，推动光伏行业进入一个新的发展阶段，为全球能源转型和实现“双碳”目标贡献更大的力量。
责任编辑：张伟
