钙钛矿电池研发升温，预计2030年将占太阳能电池市场一半以上

日本桐荫横滨大学光电化学与能源教授宫坂力表示，到2030年，预计以钙钛矿为基础的电池将占太阳能电池市场一半以上。

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▲图为Evolar公司利用PV Power Booster蒸发技术涂覆钙钛矿薄膜层。Evolar公司/图

一直以来，电池转化效率都是影响太阳能发电效率的主要因素，鉴于钙钛矿的复合氧化物具有独特晶体结构，可显著提高太阳能电池效率，围绕钙钛矿展开的太阳能电池研发如火如荼。6月22日，新加坡国立大学研究团队宣布，其在有效面积为1平方厘米的钙钛矿太阳能电池板上实现了24.35%的转换效率，打破此前23.7%的世界纪录。

新型吸光材料物美价廉

据了解，当前大部分太阳能电池板采用传统硅基和碲化镉薄膜，前者只能吸收太阳光谱中的一小部分，后者成本过高且会给环境带来负面影响。

作为一种新型吸光材料，钙钛矿以高效率、低成本、低能耗、多应用场景等优势被视为太阳能电池最具潜力的材料选择。由钙钛矿制成的电池具有更高吸收系数，可以在阳光光谱上捕获更大范围的光子能量，从而提供更多能量。

钙钛矿电池生产比硅电池更具可持续性。去除硅中杂质需要高温和大量能量，会产生大量碳排放，对尺寸还有一定要求；而钙钛矿电池非常薄，可以涂漆或喷涂在表面，生产成本相对较低。

斯坦福大学分析显示，钙钛矿组件制造成本仅为每平方英尺0.25美元，而同等条件的硅组件制造成本约为每平方英尺2.5美元。

钙钛矿电池不仅可以用于室外太阳能电池板，还可以用于室内物联网电源设备，即使在弱光照下也能工作。

美国CNBC新闻网指出，相较于标准商用硅基电池21%的效率，目前仅以钙钛矿为基础的实验室钙钛矿电池效率已经达到25.7%，而与硅结合的钙钛矿-硅串联电池效率甚至高达31.25%。

“钙钛矿+硅”效率更高

隆基绿能日前宣布，经欧洲太阳能测试机构ESTI权威认证，其在商业级绒面CZ硅片上实现晶硅-钙钛矿叠层电池33.5%的转换效率。这是迄今全球范围内商业级CZ硅片的晶硅-钙钛矿叠层电池最高效率。

美国太阳能设备制造商CubicPV公司自2019年以来一直在开发钙钛矿-硅串联电池，其由底部硅层和顶部钙钛矿层组成，效率可达30%。

CubicPV公司首席执行官弗兰克·范米洛表示：“我们的优势在于低成本制造方法，这使得产品具有经济性。钙钛矿电池可以从太阳中提取更多能量，相信未来10年，整个行业都将转向串联。”

英国钙钛矿太阳能电池制造商牛津光伏公司也在生产钙钛矿-硅串联电池，并声称自己的串联电池效率可达28%，接下来将开发一种效率达37%的多层电池。牛津光伏公司表示，因为串联电池提供更高的能量密度，最初价格将高于传统硅基电池，但从整个使用寿命期间来看，其颇具经济效益。

加州理工学院衍生公司Caelux也致力于将串联电池商业化,目前正在与硅基组件公司合作，在传统组件上添加一层钙钛矿玻璃，以将效率提高30%或更多。

商业化面临诸多挑战

不过，钙钛矿电池在进入市场之前，还面临成本、耐用性和环保性的挑战。

澳大利亚新南威尔士大学太阳能电池研究员马丁·格林表示：“最大问题是钙钛矿-硅串联电池是否具有商业可行所需的稳定性。根据公开数据，这种串联电池即使被仔细封装，也只能在户外保存几个月。”

对此，牛津光伏公司首席技术官克里斯·凯斯表示，其钙钛矿-硅串联电池示范版本通过了预测太阳能组件使用寿命的加速压力测试，设计寿命可达到25年至30年。

欧洲钙钛矿科技公司Evolar于去年对其封装、半透明独立钙钛矿模块展开可靠性测试。结果表明，如果部署在室外，这些电池可以使用长达25年。值得一提的是，美国最大太阳能公司第一太阳能日前以3800万美元价格收购了Evolar公司，旨在助推其钙钛矿电池技术商业化。

据了解，Evolar公司利用独特的蒸发技术涂覆钙钛矿薄膜层，可实现以最低成本将电池能量提高25%。同时，该公司还在开展钙钛矿电池生产线的商业化推广，该生产线可以无缝集成到硅生产线中，作为串联电池生产升级。

美国CNBC新闻网报道称，目前，全球多家企业都在尝试钙钛矿电池商业化生产。今年初，日本积水化学工业株式会社和日本电信电话株式会社子公司NTT Data在东京和大阪建筑物外部安装了钙钛矿电池，旨在通过一年时间测试其性能；松下公司则发明了一种喷墨打印机，可以打印出各种尺寸和形状的不透明钙钛矿电池，可安装在窗户、墙壁、阳台和其他表面的普通玻璃上。

日本桐荫横滨大学光电化学与能源教授宫坂力表示，到2030年，预计以钙钛矿为基础的电池将占太阳能电池市场一半以上。