钙钛矿电池将面世？

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作者：盖德视界
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发布时间：2023-04-10
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据悉，无锡极电光能科技有限公司宣布，顺利完成数亿元A轮投资。其募集资金将主要用于钙钛矿前沿技术开发和150MW钙钛矿光伏生产线的运营。

钙钛矿太阳能电池（PSC）是目前发展最快的太阳能技术。其含有的金属卤化物钙钛矿高吸收系数，可使大约500nm的超薄薄膜吸收完整的可见太阳光谱。较之第一代晶硅电池与第二代薄膜电池，其更加效率且具有极低生产成本的潜力。作为第三代光伏电池，PSC是目前发展最快的太阳能技术，已应用于低能耗无线电子设备供电领域及环境供电的物联网应用领域。

PSC原料

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钙钛矿电池的原料是钙钛矿型的有机金属卤化物半导体，以其作为吸光材料。在最近的研究发现中，若以新式钙钛矿catio3作为原料，其太阳能转化效率高达50%，是目前市场上太阳能电池转化率的2倍。另外，其中包含钙钛矿结构的化合物，最常用的当属杂化有机-无机铅或锡卤化物类材料，以此作为捕光有源层。

钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO3）化合物

图片来源：今日头条

结构与原理

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钙钛矿太阳电池呈介孔结构，由FTO导电玻璃、TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、HTM层、金属电极组成。后经改良，将多孔支架层n型半导体TiO2换成绝缘材料Al2O3，形成一种介观超结构的异质结型太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池结构

图片来源：全球百科

在阳光照射下，钙钛矿层首先吸收光子形成电子-空穴对。而后，未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层。再者，电子被FTO收集，空穴从钙钛矿层到空穴传输层，再被金属电极收集。最后，FTO和金属电极的电路顺利连接，产生光电流。在整个过程中，负责运送的载流子难免有所损失，而钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合率和较高的载流子迁移率，因此载流子的扩散距离和寿命较长。

实现商业化的阻碍

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从理论层面，钙钛矿太阳能电池的优越性无可比拟。但在实现商业化的道路上，其不足也十分紧要。

1. 尺寸小。现实验室级别的PSC确实达到了转化率提高的要求，但未实现商业化尺寸。

2. 稳定性差。氧化、光辐射、紫外线等因素都会对PSC的稳定性造成显著影响。

3. 寿命相对较短。比起晶硅电池25年的应用时限，PSC的最高寿命仅3000小时。

4. 原料毒性。PSC的原料中含铅元素，具有毒性，可能造成环境污染。

5. 涂覆技术不成熟。PSC层无法均匀涂抹在设备表面，对器件性能存在显著的负面影响。

企业助推技术发展

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尽管钙钛矿太阳能电池还未能走进实用领域，但凭借自身低成本、易加工、轻量化、柔性化、可持续等优势，成为了光伏领域最具潜力的聚焦对象之一。目前，钙钛矿太阳能电池的研究主要着重于技术赋能，以增加钙钛矿技术的HJT异质结叠层的方式，实现单晶硅电池无法达到的光电转化率。

历时多年，钙钛矿电池的光电转化率已经从3.8%提升至25.7%。而今，真正即将量产钙钛矿太阳能电池的上市公司只有两家：杭萧钢构和协鑫集成。杭萧钢构子公司合特光电计划在2022年底投产首条晶硅薄膜与钙钛矿叠层电池中试线。协鑫集成旗下协鑫光电正在建设100MW钙钛矿电池量产生产线，将把组件面积扩大至1m*2m，光电转化效率18%以上。随着更多资本的流入，该项技术的成熟指日可待。

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