钙钛矿太阳能电池

图1.钙钛矿材料结构

资料来源：网络资料

单层钙钛矿太阳能电池的结构可分为介孔结构和平面结构。在介孔结构的钙钛矿电池中，钙钛矿材料作为光敏化剂覆盖在多孔TiO2上。平面结构不再有介孔层，制备工艺相应得到简化，根据 N 型或者 P 型沉积顺序的不同，平面结构可进一步分为平面正式结构、平面反式结构。

图2.(a)介孔结构，(b)平面正式结构，(c)平面反式结构

资料来源：《钙钛矿太阳能电池在全钙钛矿叠层器件中的应用研究》

钙钛矿电池的工作机理为：钙钛矿材料受太阳光照射产生光生载流子，光生载流子分离为空穴、电子，其中空穴从钙钛矿材料进入空穴传输层，电子从钙钛矿材料进入电子传输层，最后分别通过金属电极和透明导电基底传输至外电路。

叠层太阳能技术可以获得更高的转换效率。太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，用能带宽度与之有最好匹配的材料做成电池，按照能隙从大到小从外向里叠合，最外边宽带隙材料电池吸收波长短的光，而波长较长的光透射进入被较窄能隙材料电池吸收利用，达到最大程度将光能转化为电能的目的。

资料来源：中国科学技术大学

降本增效是光伏行业的永恒主题，钙钛矿太阳能电池的潜力便正好符合这两个需求。在理论极限上，晶硅太阳能电池、PERC单晶硅电池、HJT 电池、TOPCon电池的极限转换效率为29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。但是相比之下，钙钛矿电池单层电池、晶硅/钙钛矿双节叠层电池、三节层电池的理论转换极值分别可达到 31%、35%、45%，转换效率随着钙钛矿材料的叠加使用，转换效率不断提升至新的高度。

图4.不同电池结构类型太阳能电池理论极限转换效率对比情况

稳定性是制约钙钛矿太阳能电池产业化的重要因素。钙钛矿太阳能电池作为历史上发展最快的光伏技术，在效率及成本端均较晶硅类电池有优势，但主要缺点是寿命短（稳定性低）。目前钙钛矿太阳能电池的T80寿命（效率下降到初始值的80%）约4000 小时，距当前主流光伏技术的25年寿命相差甚远。从原因来看，钙钛矿太阳能电池不稳定的原因可以分为吸湿性、热不稳定性、离子迁移等内在因素，和紫外线、光照等外在因素。

含铅钙钛矿存在环境污染风险，也是产业化待解决的问题。在典型的有机金属卤化物钙钛矿电池中含有铅元素，而铅元素一旦泄露会产生严重的环境污染问题，因此铅元素在国际许多国家和地区都被列为禁止使用的材料，与此同时，含铅钙钛矿电池的回收也是重要的研究课题。研究者们在努力向无铅化钙钛矿探索，但相应会带来电池转换效率的降低。

2021年1月，纤纳光电完成 C 轮融资 3.6 亿元，由三峡资本领投，京能集团、衢州金控、三峡招银等资方跟投。主要用于钙钛矿光伏百兆瓦级产线扩建、叠层产品升级、应用产品研发与生产等。

设备方面，镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备。钙钛矿太阳能电池生产过程与晶硅唯一相同的环节是封装。镀膜设备用于制备阳极缓冲层、阴极缓冲层、背电极，国内钙钛矿领域镀膜设备供应商包括京山轻机、宏大真空、四盛科技等。涂布设备应用于制备钙钛矿吸光层、晶化。国内涂布设备代表公司为大正微纳、德沪涂膜。激光设备应用于串联电池等，主要包括激光膜切与激光清边。国内钙钛矿电池激光设备供应商主要包括杰普特、迈为股份、帝尔激光等。

原文始发于微信公众号（行业研究笔记）：钙钛矿太阳能电池