中国工业报记者 张楠
“双碳”目标下，光伏行业潜力无限。钙钛矿技术，作为第三代光伏技术，在促进产业发展上扮演着越来越重要的角色。
钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，主要包括单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。
近年来，钙钛矿电池技术进入快速发展阶段，单结钙钛矿电池能量转换效率从2016年的19.6%提高到2024年的34.6%。在今年的上海SNEC展会上，隆基绿能宣布其研制的晶硅-钙钛矿叠层太阳电池取得了重大突破。据欧洲太阳能测试机构（ESTI）的权威认证，该电池的光电转换效率高达34.6%，再次刷新了隆基团队此前创造的晶硅-钙钛矿叠层电池效率世界纪录（33.9%）。
相比晶硅电池，钙钛矿电池有着与生俱来的优势。从电池效率来看，单结钙钛矿电池效率上限超30%，双结叠层效率上限更有望接近45%，而单结晶硅电池效率难以突破30%。从成本来看，钙钛矿电池相对于晶硅电池所需原材料价格更低，且更容易加工。从“双碳”角度来看，晶硅的原材料耗电量较高，据测算，晶硅电池在原材料环节的耗电量需要其“工作”六到七年才能抵消。而钙钛矿的有机原材料耗电量很低，且用量少。此外，钙钛矿电池相对晶硅电池具备高弱光效应，钙钛矿材料在阴雨天气和日出日落等弱光环境均能工作。
理想的数据很丰满，但是，要真正实现钙钛矿电池商业化，仍然面临着很多难题。中国科学院院士、高分子化学家李永舫在接受中国工业报记者采访时指出，钙钛矿的核心问题就是要解决稳定性。如果稳定性不解决就很难占领市场。
究其原因，主要是卤化物钙钛矿材料本身易分解，在紫外光照、潮湿、热辐射、氧气、电场等环境中会加快分解。另外，溶液法涂层的多晶钙钛矿薄膜表界面存在大量的缺陷，而且表界面缺陷和离子迁移也加快了卤化物钙钛矿材料的破坏，容易加速自身老化；缺陷还易引起非辐射电荷复合，限制器件光伏性能。
另一大挑战，则是大面积高质量钙钛矿薄膜的制备。李永舫院士解释，随着面积的增大，钙钛矿膜的均匀性和质量往往会明显下降，导致电池效率大幅下降。这是制约钙钛矿太阳能电池产业化应用的主要瓶颈之一。
如何克服这些难题，成为当前科研领域的重要课题。
近日，华北电力大学与瑞士洛桑联邦理工学院等高校科研人员合作，成功突破钙钛矿材料光热稳定性不足的难题，有效提升钙钛矿太阳能电池寿命。相关成果11月1日在国际学术期刊《科学》发表。
日前，中国科学院院士、南京航空航天大学教授郭万林团队在钙钛矿太阳能电池领域取得了重大突破。该团队采用全新的基于气相的钙钛矿处理方法，成功制备出光电转化效率超过18%、面积超过200平方厘米的钙钛矿太阳能电池。这一成果为钙钛矿太阳能电池走向商业化应用提供了新的策略。
中国科学院物理研究所的孟庆波团队也在进行钙钛矿太阳能电池的研究，他们发现，在涂布过程中，钙钛矿的成核及结晶过程是影响大面积电池效率的关键因素。因此，他们通过界面应力调控、钙钛矿薄膜表界面缺陷钝化以及钙钛矿层结晶诱导等方法，实现了超过25%的光电转换效率，并在电池模块上实现了超过22%的光电转换效率。
日前，李永舫院士、孟磊研究员团队与合作者成功研制了新型钙钛矿——有机叠层太阳能电池，实现26.4%的光电转化效率（经第三方认证25.7%），为迄今此类叠层太阳能电池最高效率。
随着技术的不断进步和科研人员的积极探索，钙钛矿电池商业化应用指日可待。李永舫院士认为，柔性的钙钛矿电池在未来一到两年就能够实现应用。“但是做到玻璃上，我认为是无法和硅竞争的，因为目前硅卖的更便宜。用户会考虑性价比，买更便宜、稳定性更好的产品。另外，钙钛矿电池含有重金属，还需解决回收问题。”李永舫院士针对目前的研究现状与市场前景补充道。
李永舫院士认为，钙钛矿电池的发展要做柔性的，发挥其轻、薄、柔的优点。将来它和硅不是竞争的关系，是互补的关系。柔性钙钛矿有其独特的应用场景，比如光伏建筑一体化、车载光伏、室内光伏等。
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