晶硅终结者来了？钙钛矿还需解决这3大难题！

近年来，光伏电池技术持续进步，产品迭代加速。2022年，p型PERC电池市场占有率已降至70%左右，以TOPCon、异质结为代表的n型电池技术逐步实现量产，与PERC组件的价差不断缩小，蚕食PERC组件的市场份额。转换效率方面，目前PERC已经接近24.5%的理论效率极限，n型电池转换效率正不断攀升，但在行业专家看来，晶硅电池的理论转换效率极限为29.4%，上升空间不足。比之下，单结钙钛矿电池的效率极限为33%，叠层可达到40%以上，有望成为未来光伏降本增效的重要途径。

3月15日，光伏电池新技术专题研讨会——钙钛矿专场在广州举行，多位专家在会上分享了他们对钙钛矿电池技术的理解：

暨南大学教授、博导、新能源技术研究院院长

广东脉络能源科技有限公司创始人 麦耀华

目前占市场主导地位的光伏产品是晶体硅太阳能电池，近年来的发展速度非常快，但晶体硅电池转换效率上升的空间非常有限，已经接近理论瓶颈。随着光伏装机规模不断提升，土地资源开始紧缺，对储能的要求也让系统成本不断攀升。要想实现光储平价目标，必须考虑新的解决方案，我们需要更便宜的光伏组件和光伏系统。

钙钛矿电池具备高光吸收系数、高缺陷/杂质容忍度、优异电学性能、带隙连续可调(可制成叠层电池)等优势，可以实现更高转换效率。同时，由于采用非真空法制备工艺，以及更低制备温度、更低能耗的特性，可以带来更低生产成本。凭借柔性、轻量化、可采集室内光源等优势，可以在移动能源、智能家居等领域广泛应用。

目前，钙钛矿电池还面临稳定性、大面积制备等技术挑战。稳定性方面，存在多种和传统无机电池不一样的失效和自修复机制，尽管通过IEC61215的认证测试，还需要更多的实证测试数据进行验证。大面积组件制备方面，目前主要有狭缝涂布法和真空蒸发法。前者需要提升工艺可控性、研究结晶动力学，后者需要提升沉积速率、控制设备成本。

民生证券研究院院长助理、电新行业首席分析师

邓永康

相比传统的晶硅电池与其他薄膜电池，钙钛矿的制备成本低、光电转化效率高、柔性高，具有良好的产业化前景。目前多家公司与研究机构开始展开对钙钛矿电池的研发，随着行业内研发投入的加大，钙钛矿的产业化进程有望加速，根据CPIA的预测，预计2023年钙钛矿新增产能为0.5GW，2030年将达到161GW;渗透率方面，预计2023年钙钛矿渗透率为0.2%，2030年达到30%。

激光刻蚀是钙钛矿电池制备的重要环节。高质量薄膜的加工是钙钛矿电池的重要特性，激光工艺关系到薄膜的损伤缺陷以及被切面的平整光滑程度，这类因素会共同影响电池的效率和寿命。因此，精密激光设备在钙钛矿薄膜电池中具有很高的重要性。目前国内涉足钙钛矿激光设备的厂商有迈为股份德龙激光、杰普特、大族激光、帝尔激光、奥来德等。

生产领域重要玩家融资过亿，中试线逐步建设。主要厂商协鑫光电、纤纳光电、极电光能均已完成超亿元融资，协鑫光电已投建全球首条100MW大面积组件中试线，极电光能也已开始建设150MW试验线，纤纳光电七次刷新小组件世界纪录，产业化发展欣欣向荣。产业方面，钙钛矿设备订单先行，厂商交付顺利。主要设备厂商迈为股份、晟成光伏、捷佳伟创、杰普特、德沪涂膜均已收获设备订单，部分厂商已经顺利交付量产。

中国科学院广州能源研究所太阳能材料实验室副主任

徐雪青

目前的新型的钙钛矿太阳电池不仅在电池效率上与硅电池非常接近，而且具有轻质的特点，单位面积重量2-4kg/㎡(单晶硅超过10kg/㎡)，还可以制成柔性器件，单位重量发电量比硅电池高30倍以上。不仅如此，它的成本是硅电池的一半或者更低，未来有望低于0.7元/W。

钙钛矿太阳能电池存在的问题：一是高质量大面积薄膜的制备，二是稳定性需要提高，三是降低电子复合。当前，主要采用喷涂、刮涂、印刷、蒸镀等方式解决大面积制备问题。钙钛矿电池是由钙钛矿电子传输层、空穴传输层以及电极组成。怎么提高电池性能?通常我们会在电子传输层和钙钛矿界面进行修饰，降低电子复合，提高太阳电池的性能。

深圳无限光能技术有限公司董事长

梁作

目前有多家企业建设了百兆瓦的中试线，但它还并不能完全解决真正的产业化量产的问题。投资界关注钙钛矿何时取代晶硅，从产业发展的角度可能三五年都实现不了，但这并不代表钙钛矿短期没有市场。在一些不适合使用晶硅产品的差异化市场，如BIPV领域、农光互补等，钙钛矿可以制成半透明、柔性组件，满足市场需求。

此外，对于传感器、消费电子产品等使用场景，并不会要求10年甚至更长的产品寿命，这些场景都可以选择钙钛矿组件。

尽管钙钛矿太阳能电池商业化量产离终极目标还有很长的路要走，但在政策，研发，人才、资金的驱动下，我们可以看到，钙钛矿电池已成星星之火可以燎原之势，产业化已经越来越近了。

广东光晶能源有限公司董事长

黄福志

钙钛矿技术发展时间不长，基本可分为3个阶段。2009-2021年为研发阶段，实验室最高效率与晶硅电池相当，稳定性不断提高;2018-2025年为成果转化中试阶段，主要完成产业化装备设计开发和小批量产品线的试制;预计2025年后，GW级钙钛矿产线才可能实现，完成大组件批量生产流程的标准化设计，量产线产品产能及良品率爬坡，最终通过降本增效，抢占市场份额。

大面积钙钛矿薄膜制备方法可以分为一步法和二步法。一步法的工艺简单，核心是控制钙钛矿的成核结晶，有吹气、抽气、揭膜、浸泡、加热等各种工艺方法，但面积增大后难度增加。二步法方便成膜，且可以选用不同的铅源制备大面积钙钛矿薄膜。如采用碘化铅造孔制备大面积钙钛矿薄膜，为了确保第二步氨盐能够充分与碘化铅反应，碘化铅薄膜需要多孔结构。

光晶能源采用墨水工程，从源头上解决钙钛矿结晶问题，提升了钙钛矿晶体质量，将技术问题转为工程放大。目前，已完成30 cm×30 cm的10 MW小试线建设，在保证效率的基础上，逐步放大组件尺寸，保障产业化进程顺利进行。

上海德沪涂膜设备有限公司运营副总

黄刚毅

与晶硅组件相比，钙钛矿电池拥有材料用料少(2㎡仅需1g钙钛矿材料，晶硅需1.7kg硅料)、纯度要求低(仅需满足99.9%，晶硅需99.9999%)、工艺温度和能耗更低(最高工艺温度不超过200℃，晶硅为1450℃)、单瓦制造能耗低(0.12kWh，晶硅为1.52kWh)等优势，未来成本有望低于晶硅80%，到2030年市场有望达到116.9GW，成为实现碳中和的重要力量。

对成熟市场而言，超低成本是单结钙钛矿PK晶硅的唯一可能。地面电站市场非常诱人，但单结钙钛矿要与晶硅直接PK，挑战多多，叠层则有望取代现有晶硅产品。对于BIPV、移动光伏、弱光发电等新兴市场，空间巨大，需要终端客户联合开发市场。当钙钛矿GW线建设之时，也是本轮钙钛矿故事结束和第一轮钙钛矿企业洗牌开始之日，现有钙钛矿技术产业化的商业模式将发生颠覆性变化。

湖南红太阳光电科技有限公司产品研发主任

彭宜昌博士

PVD在异质结中的应用已非常成熟，在钙钛矿方面，主要用于空穴传输层及背电极薄膜的沉积。其特点是靶材利用率高，单次维护间隔时间长，产能大，配合防溅射损伤的措施，最具性价比的设备类型，符合未来钙钛矿量产的需求。

扫描式磁控溅射PVD设备占地面积小，适合实验室及中试线产品开发;可兼容不同种类靶材、低、高温及溅射损伤工艺;同时，采用模块化设计，也具有量产设备解决方案。

目前来看，在钙钛矿生产中，ALD还是不可缺少的设备。作为一项沉积高质量膜层的技术，ALD设备具有产生致密、保形、几乎无针孔层的能力，非常适合钙钛矿太阳能电池的制备。ALD沉积的SnO2除了作为正置结构中的电子传输层之外，还可以用于倒置结构的单结和叠层电池中作为电子阻挡层或者空穴阻挡层。它能减少PVD溅射ITO带来的损伤，又有电荷收集的作用，可显著提高器件稳定性。