钙钛矿，会革晶硅电池的命吗？

钙钛矿，会革晶硅电池的命吗？

近年来，钙钛矿材料正迅速成为太阳能领域的一种热门候选材料。不过它的主要缺点之一，就是容易在阳光直射下，其性能会随着时间的流逝而退化。据报道，来自美国、中国和韩国的科学家组成一支研究团队，研发成功一种可用于钙钛矿光伏面板的新涂层，特点是能够提升其在阳光下的稳定性。科研团队在材料表明沉积一层有机离子，使表面带负电，再让带正电的离子与表面带负电的离子配对，这使表面电子变得更中性且稳定。测试结果表明，这些电池能在2000多个小时内保持最初光电转化效率的87％。相比之下，在同样条件下，经历相同时间后，未经处理的太阳能电池性能下降到原来的65％。

该研究为钙钛矿太阳能电池技术商业化和广泛采用奠定了基础。作为目前主流的光伏技术，晶硅光伏发电效率已越来越接近极限。钙钛矿作为一种人工合成材料，在2009年首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大，被《科学》（Science）期刊评为年度十大突破性科技进展之一。

一米宽两米长的钙钛矿电池组件

目前钙钛矿电池成为研发热点，钙钛矿电池或将在5年之后，成为真正具有市场竞争力的一股光伏新势力，如果各项技术参数能获得进一步突破，钙钛矿取代晶硅也不是不可能。钙钛矿电池目前取得的进展如下所示：

1、钙钛矿电池效率获得突破

如上图所示，钙钛矿用了大概10年左右的时间，将转换效率从最初的3.8%提升至目前超过25%的实验室效率记录，赶上了过去晶硅四五十年的发展。

2、钙钛矿产业链短，投资成本低

对于晶硅来说，硅料、拉晶、切片、电池、组件需要四个以上不同工厂生产加工，倘若所有环节无缝对接，一片组件完工最快也需要一个多月的时间；而100兆瓦的钙钛矿组件，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入，到组件成型，总共只需45分钟。

以1GW产能投资来对比，晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来，需要大约9亿、接近10亿元的投资规模，而钙钛矿1GW的产能投资，在达到一定成熟度后，约为5亿元左右，是晶硅的1/2。

3、钙钛矿用量少

晶硅组件中的硅片，厚度通常为180微米，而钙钛矿组件中，钙钛矿层厚度大概是0.3微米，这里有三个数量级的差异。

目前全球晶硅电池每年大概需要60万吨太阳能级硅料，倘若把这60万吨硅料完全替换成钙钛矿，大概1000吨就可以满足需求，所以，钙钛矿原料没有任何瓶颈，一是用量少，二是不存在稀缺性。

4、钙钛矿电池生产成本低

1、每1瓦单晶组件制造的能耗，大约是1.52KWh，而钙钛矿组件能耗为0.12KWh，单瓦能耗只有晶硅的1/10；

2、单片组件成本结构中，钙钛矿占比约为5%，玻璃、靶材等占到另外的2/3，总成本约为5毛到6毛钱左右，是晶硅组件极限成本的50%。

5、钙钛矿稳定性获得突破

单质硅为原子晶体，要想获得单晶硅片，需要将多晶硅料加热到1410度，才能将硅料熔接，再通过CZ直拉单晶的方法获得单晶硅棒，因此晶硅电池非常稳定。

钙钛矿是一种六方晶的离子晶体结构，它的分解温度大概是摄氏200度-300度。由于生成温度相对较低，之前钙钛矿电池不稳定，衰减大，但时至今日，钙钛矿稳定性一点都不比晶硅差。因为太阳能电池在地球表面使用，温度很难超过75度-85度这个区间，所以，两三百度足够用，而1400度则成为一个巨大冗余。

2016年，有高校针对一块巴掌大小的钙钛矿组件做了一个实验——在标准光源下，让该组件连续工作12000个小时，结果没有任何衰减。

因为不同的封装，会带来不同的衰减效果，2020年，协鑫纳米围绕封装又进行了一系列工作和实验，发现对于封装不好的组件，很快就会衰减，但良好封装的组件，在双85（85℃、85%RH）条件下，2000个小时之内没有任何衰减。

这一年年底，一个更有力量的实验数据也表明钙钛矿的竞争力。在晶硅IEC61215标准下，钙钛矿组件连续工作9000个小时没有任何衰减，可以明确说，这个结果，同样没有任何一种晶硅能够达到。

参考文献：协鑫纳米范斌：5年后，钙钛矿崛起