阳光娱乐注册-提现钙钛矿为第三代太阳能电池代表：过去在60多年的时间里，已经有三代太阳能电池发展出来。第一代是以硅材料为基本材料的太阳能电池，是 目前最成熟的主流商业电池；第二代是薄膜太阳能电池，以铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)电池为代表，相比第一代具有厚度薄、光电转化 效率高等的优势，但部分因素也限制了这类电池的发展，如部分材料储量稀少或有毒性，制备过程复杂等；第三代为新型太阳能电池，主要包 括钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和量子点太阳能电池。

　　诸多优异特性，从诞生起备受关注，成为产业界和学术界热点：钙钛矿电池在2009年才首次诞生，但因其在理论转换效率、发电能力、低生 产成本、多应用场景等方面的优秀潜力，在学术界和产业界受到了大量的关注和重视。从2021年到2022年，钙钛矿领域投资额已经接近100 亿元。在之前的几年中，据Web of Science统计，其上的钙钛矿文章的数量增加到了惊人的10000篇/每年。

　　钙钛矿材料是一大类具有ABX3结构离子化合物的统称。钙钛矿最初指代CaTiO3矿物，以俄罗斯矿物学家 Perovski 的名字命名，现在已经成为 一大类具有ABX3类似结构化合物的统称。从晶体结构来看，A位阳离子占据正方体的八个顶点，阴离子 X 填充在晶格 6 个面的中心位置，而B位 阳离子则位于正方体晶格的体心位置，其中 BX3又构成了一个正八面体。

　　光伏领域钙钛矿材料一般为有机无机卤化物钙钛矿材料。1）A位为正一价的有机或无机阳离子，主要为甲胺离子（CH3NH2+，简记MA+）、甲 脒离子（CH(NH2)2+，简记FA+）和金属铯离子（Cs+） ，2）B位为正二价的金属离子，包括亚铅离子（Pb2+）、亚锡离子（Sn2+） 和亚锗离 子（Ge2+）等，3）X位为负一价的卤素阴离子，主要为碘离子（I -），溴离子（Br-），氯离子（Cl-）。

　　钙钛矿材料用于制作太阳能电池具备优异的光电性能。钙钛矿材料作为一种半导体材料，不仅可以通过光生伏特效应将光能转化为电能，还具有 独特性能：1）载流子扩散长度长，激子结合能低，更容易解离为自由载流子，有利于形成有效光电流，2）光吸收系数高，钙钛矿为直接带隙半 导体光吸收系数比硅高出很多，有效减小了吸光层所需的厚度和收集光生载流子的难度，3）非辐射复合低，钙钛矿晶粒的大小和晶界在一定范 围内对缺陷密度的影响不是很大，有利于高开压和高效率。

　　钙钛矿材料带隙根据组分的不同可在较大的范围内连续调节。与硅、砷化镓等拥有固定带隙的半导体材料不同，钙钛矿晶体成分本身具有多样性， 因此其禁带宽度也并不固定，而是随ABX3结构中各元素类型和含量不同而变化，理论范围达1.15-3.06eV，并能实现连续可调。具体来看，通 常A位阳离子半径越小，钙钛矿材料带隙越大，B位随用Sn代替Pb的含量增加，带隙将会减小，X位Br离子的掺杂则会使得带隙增大。

　　在钙钛矿材料的带隙覆盖范围内，可实现单结太阳能电池最大理论效率。带隙是决定半导体利用太阳光能力的根本因素之一，因为不同频率太阳 光的能量不同，窄带隙半导体的电子不能被长波光所激发，宽带隙半导体虽然可利用的光波范围广，但光子能量的利用率低，根据肖克利-奎瑟 极限（Shockley–Queisser limit），单结太阳能电池的理想带隙应该为1.4eV，该带隙下降太阳光能量转换为电能的转换效率为33.7%。相比之 下，硅的带隙仅为1.12eV，理论转换效率为29.4%，因此钙钛矿电池在转换效率方面超过晶硅电池。

　　不同带隙半导体材料构成叠层电池，可以获得超过40%的转换效率。单一半导体材料对太阳光能量的利用能力有限，而不同带隙的材料对太阳 光中不同波长部分的利用能力不同，因此如果将两种以上的材料上下叠层放置，把带隙较宽的材料置于上方以主要吸收利用短波长的光，带隙 较宽材料置于下方以主要利用长波长的光，则能提升太阳光全光谱的吸收率，更大程度的利用太阳光能量，获得更高的转换效率，根据理论计 算，两种材料叠层电池的效率可以达到40%以上。

　　钙钛矿较宽且可调节的带隙是制造电池的良好材料。钙钛矿材料带隙可以达到1.5eV以上，是作为叠层顶电池的良好选择，可以与晶硅等窄带 隙材料进行搭配，另一方面，两种不同带隙的钙钛矿材料也能相互结合，制作全钙钛矿叠层电池。

　　高理论潜力下， 钙钛矿太阳能电池效率进步迅速，研发进展远超晶硅电池。自日本学者Tsutomu Miyasaka在2009年第一次将钙钛矿电池制 作而成，在过去十多年里钙钛矿电池的效率在科研端进步十分迅速，完成了晶硅电池五十年的突破历程。最初钙钛矿电池的光电转换效率仅 3.8% ，后续随材料、结构、工艺等方面的持续优化，在3年左右的时间里便将效率记录提升到了10%以上，6年左右便达到了20%以上。在 2023年7月，中国学者再次完成重大突破，将单结钙钛矿电池的认证效率记录提升到了26.1%，逼近隆基绿能公司不久前所创造的晶硅电池效 率记录26.81%的效率记录。

　　产业进入成熟阶段后，钙钛矿组件成本预期可降至0.5-0.6元/W，极具竞争力：按照一般新技术发展规律，随钙钛电池技术的不断成熟和 大规模运用，组件的效率、生产良率等都还有提升空间，规模效应下运营成本将不断下降，设备端也有望持续降本，根据协鑫光电此前数 据，百兆瓦级钙钛矿产线下组件效率有望在近一两年内陆续突破18%、20%，单瓦生产成本将小于1元/W，当钙钛矿电池达到5-10GW 级别量产后，成本可降至0.5-0.6元/W，届时相比晶硅电池就会显示出明显优势。

　　钙钛矿电池的使用寿命较大程度受制于稳定性，成为产业化主要挑战：太阳能电池的发电能力一般会随工作时间的增加而逐步减弱，维持 一定的基本转换效率水平的时间就是电池的寿命，在一定的初始成本下，太阳能电池的寿命越长，生命周期累计发电量就越多，度电成本 LCOE也越低。但由于钙钛矿电池的稳定性较差，使用寿命相对比较短，早期仅有几分钟，在过去的报道中一般较长也仅有几千小时，而 当下晶硅电池的寿命长达25年以上，因此稳定性成为钙钛矿电池产业化的主要挑战。

　　钙钛矿电池的不稳定性来源于钙钛矿材料本身的不稳定，以及电池整体材料结构的不稳定，对环境因素十分敏感。钙钛矿晶体属于离子晶 体，工作中卤素离子容易发生移动分解，同时还可能与传输层、电极材料发生负面反应，进一步导致电池的分解失效。另一方面，水分、 氧气和紫外光都会促进钙钛矿电池的分解，而当温度较高的时候，钙钛矿也会面临分解问题，同时水氧的分解效果将会加强。

　　制作高效、稳定的大尺寸钙钛矿电池，诸多技术手段在不断探索：钙钛矿电池的效率、稳定性和尺寸面积具有较强的关联性，在一定的工艺技术 水平下三者往往难以得兼，只能取得一个最优的均衡，为了提升电池经济性，真正实现大规模的产业化，诸多技术手段在不断探索： 1）优选材料及组分：增强钙钛矿电池稳定性的重要方法，在钙钛矿材料层面可以采用混合有机阳离子，或引入长链有机阳离子形成二维/三维钙钛 矿，提高稳定性，传输层材料方面可以采用如CuCrO2无机空穴传输材料 2）膜层改善与修饰工程：钙钛矿电池各膜层的质量及特性既决定电池效率又能决定其稳定性，也是大尺寸制作的主要痛点，可以通过溶剂工程、 界面工程和添加剂工程等方式进行优化提升，具体包括采用反溶剂、增加缓冲层、前驱体溶液使用添加剂等方式，是技术升级的关键手段。 3）提升封装工艺：水分和氧气入侵是钙钛矿电池不稳定性一大主要原因，因此可以采用密封性更好的材料和工艺，如氟硅聚合物凝胶。 4）膜层制作新工艺：如采用真空闪蒸辅助溶液工艺制作大面积钙钛矿层。

　　钙钛矿电池可展现出多彩、高透明、柔性化等丰富外观： 钙钛矿材料具备良好吸光性能，膜层可以做得很薄，其材料特性给电池外观提供了 丰富的开发空间，如丰富色彩、半透明、柔性可弯曲等，同时也能保证一定的发电效率。

　　新兴光伏运用场景发电收益及使用寿命要求相对较低，有望成为钙钛矿产业化先期突破口：钙钛矿组件产品受当前转换效率、长期使用寿命 等因素限制，在一般光伏电站领域经济性尚难与晶硅产品相比。但在BIPV（建筑光伏一体化）、CIPV（车载光伏）、消费电子等光伏应用 领域，高发电收益并不一定是单一的主要考虑因素，使用寿命也并不一定需要太长，而钙钛矿电池丰富的外观优势能得到良好的发挥，更强 的弱光发电能力也能在室内、早晚等常见场景体现出优势，因此有望成为培育钙钛矿产业和技术的重要先期市场。

　　单结钙钛矿电池与组件为一体器件，制造工序一体化，已形成基本方案。钙钛矿电池还处于产业化比较早期阶段，诸多技术工艺细节尚未定型， 但对于单结钙钛矿电池而言，基本的制作流程已经确定，由于单结钙钛矿电池与组件呈现一体化特点，制作电池的工序同时也是制作组件的工序， 整个组件的制作工艺可分为前道电池的制作和后道封装两部分： 前道电池制作：主要是在玻璃基板上制作钙钛矿电池的各个功能层，并利用激光将整块电池划分为若干子电池，形成串联结构。 后道组件封装：利用胶膜、玻璃盖板等将内部结构密封保护，并安装接线盒等与外部电路连接的设备，不少工序与晶硅组件类似，其中层压是最 核心的工序，胶膜方面必须使用阻水性强的POE，同时还需要配合使用丁基胶进一步防止水汽进入。

　　湿法工艺制作大面积钙钛矿层。将钙钛矿的组分原料制成溶液，通过涂布或者喷涂等方式涂覆在基底上，随后原料相互反应形成钙钛矿晶体薄膜。 湿法工艺可分为：1）一步法，将卤化铅碘化铅PbI2 和碘甲铵MAI等组分原料制成前驱体溶液，一次性涂覆后直接结晶形成钙钛矿层，2）两步 法，先将碘化铅PbI2等卤化物在传输层基底上制成薄膜，再在其上涂覆浸润碘甲铵盐MAI等另外的组分溶液，形成钙钛矿晶体层。 总体来看，一步法工艺简单，但需要通过吹气、滴加反溶剂等对结晶进行控制，存在一定难度，两步法制作出的钙钛矿膜层平整度更好、晶粒更 大、重复性强。

　　真空镀膜是钙钛矿电池传输层相对主流的制作方式。传输层可以选择的材料相对丰富，但考虑产业化生产，除了需要具备较好的载流子传输能力， 更需要考虑长时间使用的稳定性、材料的可得性和大规模制作的工艺情况。当前真空镀膜干法中的PVD和RPD是制作传输层相对主流的方法：

　　磁控溅射物理气象沉积（ PVD）：即在一个电场与磁场相互垂直的真空中，将低压的氩气电离为氩离子（Ar+）和电子，氩离子在磁场的作用下 飞向靶材，靶原子被撞击后脱离原来晶格的束缚气化，逐步吸附到基板表面沉积成膜。其特点在于：1）技术相对成熟，能溅射的材料广泛，2） 成膜较快且均匀性好，能大面积成膜，3）靶材利用率较低，一般不足40%，4）粒子能量较高，可能对基底造成轰击损伤。

　　反应式等离子体沉积（ RPD ）：本质也是PVD的一种，不过是通过等离子发生器发射等离子流，经过磁场偏转打在坩埚中的靶材上，使之升华 后沉积在基片上。其特点在于：1）镀膜过程中粒子能量小，避免基底损伤；2）可在相对低温条件下沉积高质量薄膜；3）原材料利用相对较高； 4）技术壁垒较高，专利被日本住友掌握。

　　国内新兴钙钛矿电池企业涌现，研发实力不俗，成果频出。近年来，国内对钙钛矿电池技术和产业化研究持续加深，陆续涌现出以协鑫光电、 纤纳光电、极电光能等为代表的一批优秀企业，其创始人、核心技术团队通常拥有深厚的研究机构背景和丰富的研发经验，不少在钙钛矿领 域拥有较强的影响力。而在技术产品研发方面，这些企业团队不断打破钙钛矿电池组件认证效率记录，并在大面积和稳定性方面持续取得积 极进展，部分已经开发出可商业化运用的组件产品。此外，如宝馨科技、宁德时代上市公司也在搭建核心团队进行布局。

　　百兆瓦级产线纷纷建立， GW级产线年以前开始放量。国内产业化研发团队的技术突破也吸引了诸多 产业资本，在融资加持下已有数条百兆瓦级钙钛矿组件产线建成，我们预计后续还会有越来越多的产线落地。另一方面，光伏电池技术需要 通过GW级量产来体现产业化的规模效应，也是钙钛矿电池实现技术成熟度和经济性突破的关键一步，目前已有不少企业提出了GW级产线 的规划，我们预计在技术进展顺利的情况下，GW级产线年前开始放量。

　　晶硅电池主要企业皆在研发端进行布局，叠层电池为主要方向：对于传统晶硅电池企业，无论是隆基、晶科、通威等电池组件龙头，或是华晟、一道、中来等 新锐，基本都有在钙钛矿技术方面有专门的研发布局，不少已经投入较长时间并取得阶段性成果。布局的重点方向以钙钛矿/晶硅两端叠层为主，晶硅电池企 业本身掌握成熟的晶硅技术，叠层电池则有望使其原有产业优势进一步延续，成为下一次重大技术迭代。

　　国内已有较多企业对钙钛矿镀膜设备进行布局，并取得相关订单。钙钛矿电池镀膜所需PVD、蒸镀、ALD等设备在晶硅光伏及电子 半导体等领域都有广泛运用，目前已有诸多国内企业凭借自身已有的技术积累进行产品布局，包括京山轻机、捷佳伟创、奥莱得、 微导纳米等，不少企业已陆续取得订单并实现出货。

　　国内起步较晚但快速进步，优秀企业打破国外垄断。涂布设备广泛运用于半导体、锂电等领域，也是钙钛矿电池制作湿法工艺的主 要设备，过去高端技术主要掌握在日、韩、欧、美企业手中，近年来国内如德沪涂膜、曼恩斯特等企业不断实现在产品、核心零部 件等方面实现技术突破，打破国外垄断，并在钙钛矿领域做到领先。

　　国内激光设备企业积极进行研发布局，已实现产品量产。激光是晶硅光伏电池领域被大量运用的核心设备，产品具有一定的 定制化特点，而钙钛矿电池激光刻线对加工精度要求更高，但国内已有诸多领先的激光企业，如德龙激光、帝尔激光、大族 激光等，皆在积极布局运用于钙钛矿电池制造的激光设备，目前已可以实现批量化的出货。

　　TCO玻璃国产化产能已经建立，靶材已有优秀企业。TCO玻璃是单结钙钛矿电池的主要基底材料，过去同样主要被国际企业 所垄断，近年国内以金晶科技为代表的企业已经掌握自主知识产权，并逐步进行大批量的产能建设，金属氧化物等靶材则是 钙钛矿传输层、电极等结构必不可少的材料，国内已有隆华科技、阿石创等优秀企业。

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