能量转换效率（PCE，power conversion efficiency），是太阳能电池最基本也是最重要的一项参数，在光伏领域，如何从太阳能中榨取出更多的电能，是学界和业界一直孜孜以求的探索方向。
当前，单晶硅是普遍使用的光伏发电材料，然而随着晶硅电池的能量转换效率逐渐触达其理论上限，科学家们又把目光投向了各类非硅电池，其中便涌现出了光伏界的“当红炸子鸡”——钙钛矿。
在过去相当长一段时间里，晶硅光伏电池都是成本和效率极佳的统一体。相伴而生的，是天然矿物转化太阳能效率的局限性。29.43%的理论极限值，成为晶硅材料“一眼到头”的屏障。
与之形成鲜明对比，钙钛矿则走出了“最陡峭的成长曲线”。2009年，日本科学家首次用钙钛矿光伏电池发电，当时其电能转换效率仅有3.8%。
仅仅过去13年，今天钙钛矿电池的实验室效率就已基本追平了晶硅60多年发展才达到的结果，达到了25.7%。
而且，钙钛矿电池的单层理论效率达33%，双层可达45%以上，具有比晶硅更高的提升空间。
可以毫不夸张地说，钙钛矿用了十年时间就走完了晶硅电池五十年的路，这种发展速度的背后，得益于钙钛矿材料远强于晶硅的吸光性能，能量转换过程中的极低能量损失，也与其覆盖光谱范围宽的特征有关。
钙钛矿电池原材料均为基础化工材料，由人工合成，且不含有稀有元素，相比于晶硅电池的硅料来说廉价易得。
除原材料不受限制外，钙钛矿电池制备工艺较短。从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入到组件成型的全工程，整个产业链可高度浓缩在一个百兆瓦的工厂里，时间控制在45分钟之内。
此外，钙钛矿材料对杂质敏感度低，对原材料纯度要求也低于晶硅，且可以在低温状态下制备。相比于晶硅1000度左右的高温流程，钙钛矿生产工艺温度不超150度，节省资源的同时，还可降低能耗。
在电站端，钙钛矿电池凭借弱光性以及颜色可定制的特点，满足了长时间发电、透光度以及美观性等市场需求，在BIPV和幕墙、阳光房等领域也拥有广阔的市场空间。
没有一种材料是完美的，钙钛矿也一样。
尽管钙钛矿电池优点颇多，但作为一种尚未脱离实验室阶段的材料，其缺陷严重限制了投入工业生产的能力，自然也就不能对单晶硅电池实现有效替代。
由于钙钛矿材料属于离子晶体，晶体稳定性不如晶硅，容易导致钙钛矿电池比较脆弱，可能存在不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化等问题，最早期的钙钛矿电池甚至只能持续几分钟。如果一块钙钛矿电池用了一两年，效率就下降20%，那就毫无经济性可言了。
在钙钛矿的组成结构中，目前来看铅对于高性能钙钛矿是必要的，但这也成为其另一个为人所诟病的缺点，这可能会对人类健康产生不良影响。此外,钙态矿还能够溶于水,一旦析出到周围环境中,无疑将会产生不小的污染。
虽然钙钛矿材料制备简单、价格低廉，但目前的钙钛矿电池在大尺寸设备和批量生产的工艺上仍然存在问题。
一方面是是涂覆技术的不成熟，在实验室里制备的高效率钙钛矿电池，基本都是在1平方厘米以下的小面积薄膜，大多使用旋涂法制备，而在大面积生产中则使用的是狭缝涂布法，钙钛矿层没法均匀涂抹在设备表面，对器件性能有明显负面影响，需要开发更好的喷涂工艺。
另一方面，钙钛矿普遍使用TCO（透明导电氧化物）薄膜收集电流，而此类材料的一些物理性质会造成光损失，且随着面积的增大愈发明显，这导致钙钛矿组件的效率会明显低于单体电池。
简而言之，受限于多方面原因，钙钛矿电池的转换效率，往往随面积增大而衰减严重。
钙钛矿材料自涉足太阳能电池领域之初，便将目光牢牢锁定晶硅转化效率的“天花板”，开启一场“效率革命”。
虽然上述提到的三大问题目前制约着钙钛矿的发展，但也是产业界不断突破的方向。今年以来，不断有积极信号出现，多个钙钛矿大尺寸中试线项目落地，产业化在加速。
在“双碳”政策的大背景下，未来光伏在一次能源消费的占比将从不到1%提升到25%以上，光伏市场前景可期。
钙钛矿光伏作为一种新兴的光伏技术，不仅在实验室效率上可以比肩晶硅光伏的效率，而且在成本和工艺上更具显著优势。
来源：钙钛矿材料和器件
原文始发于微信公众号（艾邦光伏网）：钙钛矿究竟厉害在哪里？
