德国柏林亥姆霍兹中心（HZB）领导的科学家为钙钛矿材料开发了一种添加剂，该添加剂可以起到“缓冲”的作用，保护脆弱的钙钛矿晶体免受温度变化带来的压力。报道称，此次HZB的科学家们在钙钛矿电池稳定性研究中取得了“里程碑式进展”。他们发现，在前体钙钛矿溶液中添加偶极聚合物材料有助于晶体结构的稳定，并能使电池效率远高于24%，在-60至+80℃进行100次热循环试验后性能几乎不会下降。

市场人士指出，目前为止的研究表明，通过元素工程设计晶体结构稳定的钙钛矿材料，并结合界面工程实现太阳能电池结构设计的优化，杂化钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是有望完全解决的。预计2026年产能有望达到37GW，5年增幅约41倍。

钙钛矿太阳能电池模块效率突破

钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本优势而受到广泛关注。基于溶液涂布技术研制高效率大面积钙钛矿太阳能电池模块组件是实现电池产业化的关键，也是当前国内外科研和产业领域的竞争焦点。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队一直致力于通过器件物理研究和材料调控开发高性能钙钛矿太阳能电池。在高质量钙钛矿薄膜制备、载流子动力学过程研究、电池效率和稳定性提升、器件无损诊断等方面开展了系统研究。先后发展了界面应力调控、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%光电转换效率，并在电池模块上实现了超过20%（>10 cm²）光电转换效率(Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1901352；Adv. Mater. 2020, 20,1907356；Adv. Energy Mater. 2022, 22, 2202799；Joule, 2022, 6, 676)。钙钛矿太阳能电池关键材料与技术已获国家授权发明专利18项。

2022年11月，该团队在高效率钙钛矿太阳能电池模块研制方面再次取得重要进展，在12 cm²电池模块上获得了超过22%的“全面积”认证效率，“有效面积”效率达到23.2%。这两项效率指标均是目前国内外在>10 cm²单结钙钛矿电池模块上报道的最高结果。该研究进展对于进一步推动钙钛矿太阳能电池的产业化具有重要意义。

实验室里你追我赶

在晶硅上被中国超越，日本对钙钛矿寄予厚望，它的理论转化率极限是33%左右，超过晶硅。

钙钛矿电池由日本人发明，用十年将转换效率从3.8%迅速提升到26.7%，虽然期间被中国超车多次，但日本一直在努力，还有美国、英国、瑞士，皆瞄准钙钛矿这一光伏蓝海，在实验室不断有新的突破。

科研方向上来看，除了提升电池转化率，还有延长电池寿命。2022年美国在电池寿命方向有两大突破：加州大学向钙钛矿分子加入少量钕离子，以提升钙钛矿电池发电耐力；美国普林斯顿大学在电池中加入一层超薄的“二维覆盖层”，称该电池寿命可延长至30年，远超同行。

英国牛津大学也不甘落后，通过优化结晶过程得到优质钙钛矿材料，进而提高最终产品电池的寿命。

企业定位各有侧重

为让钙钛矿电池更早成规模地流入市场，日本企业生产制造上，有聚焦耐用性的产品定位趋向。

日本典型的钙钛矿企业积水化学工业和东芝，均计划在2025年以后启动量产，凭借材料技术基础布局钙钛矿，力求在光伏电池市场大展身手。

日本电子制造商东芝在2021年推出了一种大面积聚合物薄膜钙钛矿太阳能模块，称这一结果是迄今为止任何大面积聚合物薄膜钙钛矿光伏模块所报告的最高效率，不过，其转化率仅为15.1%。中国在2014年时量产出的薄膜组件，转化率已达15.5%。

另一家积水化学则掌握了将钙钛矿薄膜封闭处理的技术，这种技术与液晶显示屏和汽车挡风玻璃的制造过程中运用的技术类似，可提高薄膜耐用性。不少中国制造商也有相关技术基础，或许也可快速形成优势。

钙钛矿商业化临近

钙钛矿太阳能电池已成为全球公认的最具前景的新一代光伏材料。光伏是新能源的代表产业，而晶硅太阳能电池则是光伏发电的核心元器件，随着行业快速发展，当下晶硅太阳能电池的转换效率已摸到“天花板”，在提升空间越来越小的情况下，钙钛矿太阳能电池已成为全球公认的最具前景的新一代光伏材料。

钙钛矿具备质量轻、厚度小、柔性大、半透明等特性，应用场景广阔。由于高转化率和低成本优势，钙钛矿电池适用于大型电站等场景。同时因其轻薄、柔性和可定制的特性，一旦突破了关键技术问题，未来有望广泛适用于光伏建筑一体化、电子消费产品、传感器、布料等多种场景。

钙钛矿电池获资本密集涌入，甚至包括腾讯、宁德、红杉。据北极星太阳能光伏网整理，在一级市场上，钙钛矿赛道融资热度高涨。头部企业协鑫光电和纤纳光电自成立以来都获得了超过5轮的融资，协鑫光电更是获得跨界资本腾讯、宁德时代的投资及超一线基金淡马锡、红杉中国的资本注入。

钙钛矿电池2023年中试线扩产规模或增长近两倍。中金公司预计2023年内钙钛矿太阳能电池行业中试线扩产规模或达1000-1200MW，同比2022年的350MW增长接近两倍。上市公司宝馨科技、宁德时代、奥联电子均在搭建中试线。

权威机构指出2-3年内钙钛矿GW级产线落地可能性较大，产业化趋势日渐明朗。1月8-10日，第四届全球钙钛矿与叠层电池产业化论坛在常熟召开。会议核心观点包括：钙钛矿与晶硅结盟趋势加强，晶硅/钙钛矿叠层成为主流技术之一。技术+资本推动下，2-3年内钙钛矿GW级产线落地可能性较大。钙钛矿进入 2.0 时代，学者创业、更多百兆瓦产线计划中。

设备国产化降本可期

钙钛矿生产设备：镀膜、激光、涂布、封装

钙钛矿电池组件生产共需要镀膜设备、激光设备、涂布设备、封装设备四种设备。钙钛矿组件生产中材料、工 艺、设备互相配合铸就钙钛矿企业的核心竞争力。从工艺角度出发，钙钛矿电池组件在生产中需要用到4类设 备，已有部分国产化选择。

镀膜设备价值最高，为未来降本主要途径

镀膜设备价值量最高，占据设备投资绝大比例。百MW级产线的核心总投资额约1.2亿元，其中镀膜设备：激光 设备：涂布设备：封装设备投资比例为50%：25%：15%：10%；生产百MW级钙钛矿需要镀膜设备3台（2台 PVD，单价1000万/台；1台PRD，单价2000万/台）、激光设备3-4台(大多数4台)，总价值量1000-1500万； 涂布设备单台1000+万/台，湿法制备需2台，钙钛矿层+钝化层合计2000万+；封装设备1台，单台价值1200 万左右，连同后道设备价值量共3000万+。镀膜设备总投资额占比最高，未来镀膜设备国产化钙钛矿生产降本 为主要途径，后续GW级设备投资预计为7-8亿元/GW。

涂布设备：德沪涂膜大尺寸电子级狭缝涂布设备占70%

钙钛矿层为钙钛矿电池的最核心层，主流方法采用狭缝涂布机制备。目前国内钙钛矿层制备工艺主要采用狭缝 涂布机进行制备，共有协鑫光电、纤纳光电、无限光电、极电光能、万度光能五家企业布局；协鑫光电、纤纳 光电、无限光电、极电光能等厂商同时进行旋涂机、蒸镀PVD工艺布局；刮刀涂布、喷涂、CVD、丝网印刷机 属于少数技术选择方向。

德沪涂膜产业化进程领先，2022年大尺寸电子级狭缝涂布设备市场市占率达70%以上。公司目前为国内最大的 钙钛矿电池制造用核心狭缝涂布设备供应商，在大尺寸电子级狭缝涂布设备领域市场占有率达70%以上，技术 指标与全球同类企业产品相当；并向供应协鑫100MW钙钛矿产线供应大尺才核心狭缝涂布设备。

封装设备：光伏组件供应商有望受益

目前钙钛矿太阳能电池常见封装技术有两种：1）第一代封装技术通过使用使用蒸发金属喷射器和焊接金属带 将电流从电池传导到外部，并密封金属带边缘；2）第二代封装技术通过透明的氧化铟锡电极将钙钛矿电极与 金属电极分开，以保证电极与印刷电路板之间有一定的横向间隙。封装面直接是ITO电极，可以更好的密封整 个器件。

光伏组件供应商有望受益：1）弗斯迈：已能为钙钛矿组件龙头厂商提供整线解决方案，主要提供精确裁覆膜 设备、贴绝缘胶带机器、贴导电胶带机、汇流条贴数机、层压机等封装设备；2）众能光电：拥有层压机、用 于光电器件钝化的ALD设备；3）京山轻机：与华中科技大学合作达成合作,共同开发光伏原子镀膜装备。

欧美国家有很多企业致力于通过叠层或串联技术制造出高转化率的钙钛矿电池。

美国钙钛矿公司Tandem PV、nTact均利用钙钛矿涂层，提高硅太阳能组件效率；

英国牛津光伏太阳能公司将钙钛矿的晶体材料涂在硅电池板表层，使转换率比原先提高近1/3；此外，牛津光伏在德国的首条100MW钙钛矿生产线服务于异质结/钙钛矿叠层光伏电池制造；

法国光伏组件商Voltec Solar公司将引入一项 "突破性"技术，即4T钙钛矿/硅串联技术，并拟建“超级工厂” 。

钙钛矿叠层技术市场潜力巨大，中国也有钙钛矿叠层技术的布局。南京大学谭海仁及其科研团队研制的叠层电池组件，效率21.7％，为目前大面积钙钛矿电池组件的最高转换效率。不过，世界上的钙钛矿叠层电池尚未实现大规模生产，各国企业机构砸重金投入，是否有回报仍是未知数。

结语

随着钙钛矿单结、双结、与晶硅的叠层等多项实验室效率纪录持续突破，研发端进展积极，同时从实验室走向产业化的速度也显著加快，目前，从实验室研发进入中试线投建，钙钛矿整体规划产能已超30GW。钙钛矿太阳能电池作为全球公认的最具前景的新一代光伏材料，钙钛矿量产化技术已日趋成熟，大规模商业化进程有望加速！钙钛矿产业风口正在渐近！

文章来源： 中科院物理所，能源新闻网，操奇制胜，未来智库