作为光伏电池的前沿技术，钙钛矿电池一直备受关注，尤其有消息称今年将成为钙钛矿电池量产元年，更是一石激起千层浪，今天就来聊聊钙钛矿电池。

钙钛矿电池的出现

太阳能作为一种无限的、免费的能源来源，备受关注。其中，光伏技术在太阳能领域中的应用非常广泛，最早可以追溯到1839年。当时法国物理学家Edmund Bequerel在电解液中的镀银铂电极上发现光生伏特（即光伏）效应，这是人类第一次发现光伏效应。

随着20世纪70年代的第一次石油危机，促使发达国家增加了对包括太阳能在内的可再生能源的政策支持和资金投入，光伏行业也逐步从幕后走向了公众视野。我们日常所知的单晶硅、多晶硅太阳能电池也就是在那个时候开始走向市场。截至目前，晶硅占据了光伏市场95%的份额。

不过近几年，一些新型的光伏技术也在实验室中崭露头角，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）、有机光伏（OPV）、量子点太阳能电池（QDSCs）和钙钛矿太阳能电池（PSCs）等。这些新兴技术尚未大批量进入市场，但其具有低成本、低能耗、质轻和制造灵活等优点而受到学术界和工业界的广泛关注。

钙钛矿光伏电池的出现，对光伏电池的发展和应用产生了积极的影响。这种新型太光伏电池不仅具有较高的能量转化效率和成本效益，而且还能够减少对传统能源的依赖、降低碳排放、改善环境质量，对于推进全球能源转型和可持续发展具有重要的战略意义。

下一代技术蓄势待发

2013年，《科学》杂志评选十大突破，钙钛矿太阳能电池入选，被称为最有前景的下一代光伏技术。

《日本经济新闻》在报道中指出，当前，钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。叠层钙钛矿电池指钙钛矿层可堆叠在彼此之上，也可堆叠在传统晶硅太阳能电池之上，形成能吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。

据美国《华尔街日报》网站近日报道，单结钙钛矿电池的理论转换效率可达33%，而钙钛矿/硅串联电池的理论转化效率可达43%，都超过单晶硅电池29.4%的理论转换效率。今年6月，阿卜杜拉国王科技大学称，该校研制的钙钛矿/硅串联太阳能电池的转换效率高达33.7%，创下世界纪录。

此外，钙钛矿电池还具有轻、薄、可弯曲等特点，可铺设在传统硅基电池无法覆盖的墙壁表面或列车车顶，操作工序十分简单，且价格几乎减半。东京大学教授濑川浩司的测算显示，到2030年日本钙钛矿电池覆盖的面积最大可达470平方公里，发电能力为600万千瓦，相当于6个核电站。

法兰西岛光伏研究所项目总监格雷戈里·马克表示，钙钛矿层比硅层薄很多，使用的材料减为约1/100。而且，这些材料可在较低的温度下加工，从而节省能源、减少排放。

引国际投资热潮

在全球脱碳浪潮下，硅基电池的性能正在接近其理论极限，钙钛矿太阳能技术已成为众多企业眼中的“香饽饽”。

欧洲PEPPERONI项目于去年11月1日启动，旨在推进欧洲大陆的叠层太阳能光伏电池的制造和产能，重点关注钙钛矿/硅叠层电池，这一项目将持续4年，由“欧洲地平线”计划与瑞士教育、研究和创新秘书处共同资助。

法国光伏组件商Voltec Solar和法兰西岛光伏研究所合作，计划到2030年建设一处规模达5吉瓦的钙钛矿/硅串联太阳能电池“超级工厂”。法兰西岛光伏研究所总经理罗杰·德罗兹多夫斯基-施特雷尔表示，这是一场技术革命，与传统技术目前可实现的最佳效率相比，它不仅能够在光伏组件层面实现30%的效率，还能通过利用回收材料，减少能耗和材料消耗。Voltec Solar公司总经理卢卡斯·韦斯则强调，串联技术将是未来十年的主导光伏技术。

英国牛津光伏公司计划今年推出其商用钙钛矿/硅叠层电池，预计转换效率为27%。该公司也计划在德国柏林附近扩建其试点工厂，并在2030年左右将生产规模扩大到10吉瓦。

国内产业化进度

国内太阳能光伏产业发达，新的技术发展方向吸引众多科研单位参与，过去十年间，先后有近120所大学从事钙钛矿相关技术的研发，拥有专利数量最多的大学是苏州大学；其次是电子科技大学。主要大学专利数排名如下图：

国内企业参与研发的时间略晚，2014年才出现专利申请，参与企业有50多家。其中拥有钙钛矿电池相关技术发明专利数量最多的，是中国华能集团清洁能源技术研究院公司，23件。专利数量位居前列的国内企业还有：宁波吉电鑫新材料、苏州协鑫纳米科技、杭州纤纳光电、蜂巢能源(极电光能)和成都新柯力公司。主要企业有效发明专利数量排名如下图：

在这50多家企业中，已建成钙钛矿太阳能电池小试线的有7家，其中有3家企业已完成100MW级中试线的建成投产。

美国调查公司彭博新能源财经（BloombergNEF）发布的报告显示，企业和金融机构等对可再生能源及核能等低碳能源技术的投资额在 2022 年为 1.11 万亿美元（当前约 7.91 万亿元人民币），创出新高。这其中，中国的投资额为 76 万亿日元（当前约 3.86 万亿元人民币），占比约一半，美国、德国、法国、英国分居 2-5 位，日本则以 3 万亿日元（当前约 1524 亿元人民币）排名第六。

文章来源： ​科技日报， 电子工程世界，雪球