钙钛矿电池产业化之路仍面临着重重阻碍？

据悉，针对钙钛矿太阳能电池高温工作条件下运行稳定性差这一领域难题，南开大学化学学院教授袁明鉴带领课题组开展高水平国际合作研究，成功制备出兼具高能量转换效率与高运行稳定性的钙钛矿太阳能电池器件。

钙钛矿太阳能电池是以钙钛矿型（ABX3型）晶体作为吸光层材料的电池。作为新一代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本、易制备等特点。

钙钛矿电池理论效率极限远高于单结晶硅电池。普通单晶硅电池/晶体硅太阳能电池极限转换效率分别为24.5%/29.4%。据晶科能源和通威股份数据显示，目前量产的TOPCon和HJT电池效率可分别达到25.6%以上和26.49%，接近TOPCon电池和HJT电池的理论效率极限（分别为28.7%和27.5%）。而钙钛矿单层电池极限转换效率可达33%，同时，钙钛矿可以与其他光伏技术结合合成得到极限转换效率更高的叠层电池，比如晶硅/钙钛矿叠层电池和钙钛矿/钙钛矿叠层电池极限分别可达43%和45%。目前钙钛矿电池的最高效率为清华大学电机易陈谊团队实现的26.41%。

钙钛矿电池工艺方面的优势主要在：1）产业链流程较晶硅组件缩短：钙钛矿制备流程简单使工艺流程缩短，100兆瓦单一工厂从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入到组建成型仅需45分钟，相较下晶硅电池工艺流程更为复杂，需要针对不同环节分别建厂，四个工厂内分别加工硅料、硅片、电池、组件过程至少耗时3天，因此钙钛矿电池产业链制备时间优势明显。2）纯度要求和能耗低：晶硅需要99.9999%（6N）级别以上纯度，每一块组件需要1公斤左右的用料。硅料生产需要1000多度高温，拉晶切片需要1400多度高温，做电池的扩散也需要800-900度的温度，生产过程中能耗较高，相较而言，钙钛矿对杂质低敏感，95%纯度即可满足生产使用需求，钙钛矿太阳能电池整个生产过程温度不超过150度，使生产过程能耗极大降低。单晶光伏组件制造能耗约为1.52kWh/W，而钙钛矿组件的能耗成本为0.12kWh/W。

原料成本低，有望未来实现理论成本1元/W：钙钛矿电池原材料为基础化工材料，原料常见、不含贵金属且储量丰富价格低廉。陈炜教授团队就国内外钙钛矿电池的关键材料成本进行了对应的统计分析，生产成本理想状态下的钙钛矿层成本可以实现10元/㎡，TCO玻璃和背电极1㎡的理想成本可以分别达到40元和10元，加上界面层和封装的成本，累计规模为100MW的钙钛矿组件理想成本可以降至180元/㎡。以协鑫光电已经实现的量产效率为例（约18%），该效率下每1㎡的电池的功率约为180W,有望实现与晶硅组件成本相当的1元/W，降本空间仍存。

钙钛矿电池产业化难题

在现阶段技术路线、制备工艺并不确定的背景下，钙钛矿电池产业化之路仍面临着重重阻碍，比如大面积效率低、稳定性差、结晶工艺的不确定性等。

5.1大面积组件光电转换效率低

目前钙钛矿电池实验室效率进展迅速，但大多为1cm以下的小面积薄膜，随着组件面积放大，电池效率不增反降。

5.2组件稳定性差

钙钛矿电池吸光层的稳定性受环境因素影响，易水解、高温易分解、温度变化下相变、光照和氧气作用下发生光致分解等；内部因素也在一定程度上造成了钙钛矿的不稳定性，电极材料常用贵金属，但金属原子易扩散造成吸光层分解，且钙钛矿材料离子特性明显，易发生离子迁移，吸光层的碘离子也会腐蚀金属电极。

5.3结晶工艺存不确定性

生产钙钛矿所使用的PVD、激光设备等在面板行业和传统薄膜电池行业都有参照，但钙钛矿的结晶工艺是一个全新工艺过程，没有类似参照物，不确定因素也随之增加。