独具特色但仍存短板钙钛矿电池距离商业化还有多远？

从诞生之日起就天赋异禀的钙钛矿电池受到了广泛关注它可以做得更薄更轻，具有成本低，制备容易，光强低，效率高的优点

光伏是一种通过光电效应将太阳能转化为电能的装置，具有广阔的发展和应用前景钙钛矿太阳能电池作为一种新型的光伏电池，最近几年来逐渐兴起最近几天，科技部等九部门联合发布了《科技支撑二氧化碳排放峰值碳中和实施方案》，其中也提到钙钛矿电池作为一种新型电池

那么，什么是钙钛矿电池呢它们和传统太阳能电池有什么区别未来有哪些应用场景科技日报记者采访了多位深耕钙钛矿电池领域的专家

一种新型三明治结构光伏电池

钙钛矿电池由染料敏化电池演变而来，是指以钙钛矿材料作为光吸收层材料的电池。

钙钛矿电池作为新一代太阳能电池，在工作原理上与传统太阳能电池没有区别它的结构就像一个三明治，典型的五层结构两个电极就像三明治里的两片面包，位于最外层，空穴传输层和电子传输层从外到内挨着电极，钙钛矿层位于中间

当太阳光照射在钙钛矿电池上，且太阳光的光子能量大于带隙时，钙钛矿层吸收光子产生电子—空穴对电子传输层将分离的电子传输到负电极，空穴传输层将与电子分离的空穴输送到正极，进一步形成外电路中电荷的定向运动，从而产生电流，实现光能向电能的转化

北京理工大学材料学院教授陈奇这样描述钙钛矿电池的工作原理:如果太阳能电池本身就是一个教室，那么男女生就是电子和空穴当太阳能电池发光时，就像下课铃响了这时候男同学会排队从后门出来，女同学会排队从前门出来，这样就形成了一个冲锋陷阵的运动

钙钛矿电池有三个突出的优点。

钙钛矿电池因其特殊的材料而引起广泛关注，从诞生之日起就被恩赐。

2016年，《十三五国家战略性新兴产业发展规划》提到，要加强钙钛矿，染料敏化，有机等高效低成本太阳能电池新技术研发。

重庆大学物理学院教授，博士生导师邓表示，与市面上常见的晶体硅太阳能电池相比，钙钛矿电池有三大突出优势。

首先，钙钛矿材料的吸光能力很强在太阳光的主波长下，钙钛矿材料的光吸收能力可以达到晶体硅的10倍以上因此，在太阳能转换效率相当的情况下，钙钛矿电池可以做得更薄这将极大地拓展产品形态，丰富应用场景

其次，钙钛矿电池具有成本低，易于制备的优点邓说:钙钛矿材料是一种合成材料，它的原料本身没有稀有金属，而且它可以通过溶液来制备因此，钙钛矿材料制造成本低，易于制备

最后，钙钛矿材料具有低光强和高效率的优点在阴天弱光条件下，钙钛矿材料既能吸收短波光，又能使能量转换效率保持在相对稳定的状态钙钛矿材料的这一特性使得钙钛矿电池作为薄膜光伏电池，不仅可以做成单层电池，理论上还可以叠加在各种电池材料表面，形成叠层电池，从而有效提高太阳光的利用效率

邓表示，从目前实验室测得的结果来看，晶体硅太阳能电池经过几十年的发展，最高转换效率为26.7%，而钙钛矿电池目前转换效率可达25.7%，未来钙钛矿电池可期。

两个短板需要在实验室之外补齐。

虽然钙钛矿电池在理论和实验室上有相当的优势，但是从产业化的角度来看，钙钛矿电池还处于起步阶段这是因为它有两个缺点，即稳定性差和大规模应用时效率损失

首先是稳定性差的问题。

陈奇说，虽然在实验室中，钙钛矿电池可以实现很高的光电转换效率可是，它的实际应用仍然受到许多条件的限制

北京耀能科技有限公司董事长孙表示，业界正在从多方面努力解决钙钛矿电池面临的问题以稳定性问题为例，解决这个问题最直接的手段就是钙钛矿材料本身的改性即通过结构设计，元素替换，掺杂等手段，使材料本身变得稳定，提高材料的本征稳定性另一种可行的手段是通过技术和工程手段隔离外界不稳定因素，即隔离水，热等环境因素，从而减少甚至避免外界不稳定因素对材料和器件的影响

对此，中科院电工所太阳能电池技术研究部主任王文静表示，从外部手段隔离不稳定因素，还需要大量的室外验证根据消息显示，目前报道的钙钛矿电池最长工作寿命只能达到几千小时，远低于晶体硅电池

除了稳定性问题，大规模应用中的效率损失是钙钛矿电池的另一个缺点。

从效率上来说，其实钙钛矿电池是可以商用的可是，如何从实验室的小区域扩展到实际应用场景中的大区域，是其商业化的严峻挑战王文静坦言，目前实验室制造的钙钛矿电池只有指甲盖大小，与市场需要的太阳能电池尺寸相差甚远

钙钛矿本身晶化时间短，生产中的工艺窗口时间只有几秒钟，给生产造成困难此外，在制备钙钛矿电池的过程中，一个坏点和一个灰尘都可能影响整个电池板的效率，从而影响其大规模应用的效率

目前钙钛矿电池制备技术需要解决两个问题:如何使钙钛矿薄膜更加致密光滑，如何保证环境清洁，避免灰尘等因素干扰，提高成品率设计更先进的制备工艺，可以有效保证钙钛矿电池在大面积应用中的效率王文静说

钙钛矿光伏技术在中国的前景看好。

虽然钙钛矿电池有许多不确定性，但许多学术专家仍然对其未来持乐观态度。

陈奇表示，目前中国在钙钛矿电池的学术研究和产业研究方面有两个最大的优势:一是研究群体庞大，国内研究钙钛矿电池的企业和机构远多于国外，第二，中国有巨大的工业基础，光伏市场和光伏制造业在中国蓬勃发展。

"钙钛矿型光伏技术在中国的前景是光明的."陈奇说。

对于钙钛矿电池的未来应用，孙表示，钙钛矿技术最有价值的应用场景是在大规模光伏发电领域钙钛矿与晶体硅结合形成叠层电池后，可以大幅提高现有光伏组件的发电效率，从而进一步降低发电成本，加快传统化石能源的替代，帮助中国实现双碳目标此外，钙钛矿电池的厚度仅为晶体硅电池的千分之一，其柔性和轻便性使其应用场景丰富，如可穿戴发电设备，光伏玻璃建筑一体化，野外临时发电设备等，甚至可以应用于太空发电

奋战在钙钛矿电池领域多年，孙和他的研究团队见证了钙钛矿电池从不为人知逐渐进入大众的视野。在得知《科技支撑二氧化碳排放峰值碳中和实施方案》中提到要发展高效稳定的钙钛矿电池后，孙激动地说:现在是钙钛矿电池的好时机！

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