近日，合肥照阳光能科技有限公司童国庆教授、蒋阳教授领导研发团队与上海交通大学戚亚冰教授、日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)Luis K. Ono博士合作，在国际能源材料权威期刊《Joule》上发表题为“Perovskite solar modules with high efficiency exceeding 20%: from laboratory to industrial community”的综述论文。童国庆教授、蒋阳教授、戚亚冰教授及Ono博士为共同通讯作者。
钙钛矿太阳能电池自2009年首次报道以来，其单结电池光电转换效率从最初的3.8%发展到现在27.3%(第三方认证)，展现出优异的光电性能。此外，钙钛矿太阳能电池制备工艺简单、材料易获得、生产成本低，并且还可以与晶硅电池相结合构建叠层电池，被认为是下一代光伏技术的理想选择。
近年来，随着能源需求的日益增长和光伏技术的不断发展，钙钛矿太阳能电池正逐步从实验室小面积器件走向大面积光伏组件产业化发展。目前，实验室级钙钛矿太阳能电池模组的效率已经突破23%，展现出巨大的商业化潜力。但是其尺寸主要集中在5×5 cm²和10×10 cm²等微型模组，难以满足商业化要求的尺寸和输出功率。
在产业化方面，国内外涌现出包括纤纳光电、极电光能、协鑫光电、仁烁光能、光晶能源、脉络能源以及照阳光能、Oxford等钙钛矿光伏企业，产业化电池组件的尺寸也从最初的30×30 cm²发展至0.6×1.2 m²，生产规模也由兆瓦(MW)级迈向百兆瓦，甚至吉瓦(GW)级。尽管钙钛矿太阳能电池组件的光电转化效率持续提升，产业化进程也在加快推进，但要实现光电效率超过20%的商业化产品目标，仍面临一系列亟待突破的技术与工程难题。
目前，实验室级钙钛矿太阳能电池模组由于尺寸较小(≤100 cm²)，通常可以在手套箱中完成薄膜旋涂和器件制备测试等工序，受外部环境影响较小。此外，旋涂工艺具有组分可精确调控、薄膜均匀性好、可进行界面修饰和表面钝化。而在产业化过程中，为满足大面积(≥900 cm²)、连续化制备的需求，通常采用能够适用于大规模连续镀膜技术(如狭缝涂布、磁控溅射等工艺)进行钙钛矿薄膜及电子/空穴传输层的制备。然而，这些工艺在薄膜均匀性以及成核结晶过程可控性方面仍面临较大挑战，并且容易受到外界环境等因素影响，影响最终膜层质量与器件性能。此外，目前实验室常用的薄膜生长调控方法以及表面/界面钝化处理技术，普遍存在工艺流程复杂、操作精度要求高、材料价格昂贵等问题，难以直接迁移至大规模产业化制备流程中，制约了其在产业化应用中的可行性与生产效率。
为此，照阳光能研究团队从多个关键技术维度出发，系统梳理了当前效率突破20%的钙钛矿太阳能电池组件的前沿研究进展。研究内容涵盖了钙钛矿光伏组件结构设计、钙钛矿薄膜制备工艺、实验室级高效率电池模组的研究，以及面向产业化应用的钙钛矿光伏技术探索。同时，团队还深入分析了实验室级和工业级钙钛矿/钙钛矿叠层和钙钛矿/晶硅叠层电池组件的最新技术发展，全面展现了钙钛矿光伏技术在叠层电池领域的发展潜力。此外，照阳光能研究团队还聚焦于实现大面积钙钛矿太阳能电池组件规模化生产所面临的核心挑战，深入探讨了制造工艺的可控性、光伏组件的长期运行稳定性以及组件制造成本等关键影响因素。在此基础上，照阳光能研发团队还提出了具有前瞻性的技术发展路径，并就产业化落地的可行性及未来应用前景给出了系统性展望。
图1. 效率超过20%的单结钙钛矿太阳能电池组件的效率-组件面积关系图：(a)面积小于25 cm²的实验室级电池组件，(b)面积为25~100 cm²的实验室级电池组件，(c)产业化规模的钙钛矿电池组件
图2. 效率超过20%的钙钛矿叠层太阳能电池组件的效率-组件面积关系图：(a)实验室级钙钛矿叠层电池组件，(b)产业化规模的钙钛矿叠层电池组件
图3. (a)大面积钙钛矿太阳能电池组件结构示意图及(b)常见的钙钛矿薄膜制备工艺对比图
近年来，照阳光能研发团队在钙钛矿太阳能电池研究及其产业化方面取得系列性进展。公司先后开发出安徽省首个900 cm²的大面积钙钛矿太阳能电池组件，建设成安徽省首个MW级刚性/柔性兼容的钙钛矿太阳能电池组件中试产线，并与大唐华东电力试验研究院合作，建设成安徽省首个钙钛矿光伏示范项目。
