钙钛矿专家交流纪要

Q：钙钛矿光伏电池的发电原理？

A：核心是光生伏特效应。其物理过程为:钙钛矿吸光层吸收光子之后，入射光将电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对，然后电子-空穴对在吸光层内部迅速分开，接着电子通过电子传输层输送到阳极，空穴通过空穴传输层输送到阴极,随着电子和空穴不断在阳极和阴极的堆积,两级之间产生了光生电动势。若此时装置与外部电路相连，便有光电流输出。

Q：钙钛矿电池的优势和发展空间？

A：材料成本低，设备投入少，转化效率高。

钙钛矿组件的GW级别产能投资仅约为晶硅组件的一半。根据协鑫光电测算，晶硅组件全产业链的投资成本约为9.6亿元/GW，而钙钛矿组件的产能投资约为5亿元/GW，仅为晶硅组件的一半左右。协鑫光电计划到明后年GW级量产的时候，成本约0.7-0.8元，效率达到18%以上，这个时候或可以和晶硅PK成本。

钙钛矿及钙钛矿叠层电池作为新一代太阳能电池技术，具有更高的理论转换效率和较大的降本空间。转换效率方面，钙钛矿电池理论转换效率上限达到33%,远高于晶硅电池29.4%的理论转换效率上限。叠层钙钛矿电池具有更高的转换效率，双结钙钛矿叠层电池理论转换效率高达45%,发展潜力大。成本方面，钙钛矿材料更常见，获取成本更低且对纯度要求低于晶硅电池，生产环节相对较短，能耗低，具有较大的降本空间。

近年来，钙钛矿及钙钛矿叠层电池转换效率提升迅速。2009年，日本科学家Miyasaka最早应用钙钛矿材料制备染料敏化单结太阳能电池，但当时转换效率仅为3.8%。经过多年发展，随着钙钛矿材料、工艺不断优化，钙钛矿实验室转换效率快速提升，增速远超晶硅电池。单结钙钛矿电池方面，2023年7月，中国科学技术大学徐集贤教授团队日前在钙钛矿太阳电池方面获得重要进展，创造了单结钙钛矿电池稳态效率的认证世界纪录26.1%。钙钛矿叠层电池方面，2023年4月，阿卜杜拉国王科技大学KAUST团队创造了钙钛矿/硅叠层光伏电池最高效率，认证效率达到33.2%。一个月内，该团队再次取得突破，最新认证效率达到33.7%。

钙钛矿及钙钛矿叠层电池转换效率不断突破加速了产业化进程，钙钛矿材料稳定性及大面积制备方面持续取得进展。在资本市场支持下，多家钙钛矿新兴企业已经建立了百MW级产线，未来还将有更多百MW级产线落地，此外，已有部分企业提出了GW级产线规划，预计2024年会有GW级产线落地。

钙钛矿电池拥有更高的理论转换效率，未来发展空间更大。追求持续的降本增效一直是光伏行业发展的主旋律，目前晶硅电池越来越接近29.4%的理论极限，发展潜力有限;而钙钛矿电池拥有更高的31%理论转换效率上限，且可与其他电池进行双节、三节叠层，分别达到35%和45%的转换效率。

Q：叠层的两种思路？

A：A、组件级别的叠层，将钙钛矿做到上层的玻璃上，用带着钙钛矿组件的玻璃替代了晶硅组件的前面的玻璃板，将钙钛矿和晶硅分别做成组件，将两个组件叠在一起，通过电压的匹配并联在一起；选择这个技术路线的公司主要有隆基、晶科、天合等。

B、是串联级叠层，也是电池级别的叠层，把钙钛矿做在每一片的晶硅电池上面，在通过串焊把电池串起来，用一个传统的封装方式封起来形成组件。协鑫选择的是组件级别的叠层。协鑫光电目前效率17%左右，团队23年底的目标是18%。计划到24年会在 20% 的钙钛矿组件效率基础之上，推26%以上效率的叠层。目前看，这个组件效率在市场上是无敌的。

Q：钙钛矿的稳定性如何？

A：钙钛矿作为一个材料技术为基础的学科，随着配方的复杂化，不但效率在提升，稳定性也一直在提高，在一定的工作条件下，至少在25 年到 30 年之内，钙钛矿表现的跟晶硅一样稳定。未来钙钛矿的稳定性、寿命能够达到跟晶硅接近的水平，或者跟晶硅不相上下。调研中，专家多次强调80摄氏度工作上限。

工程上要重点考虑的问题主要在封装。主要防止裂缝渗水。胶膜、POE用量或增加。

Q：钙钛矿电池制备的主要工艺路径？

A：钙钛矿电池产品结构原理和硅基电池差异较大，需全新的工艺流程和产线设备，目前产线所需的设备主要分为镀膜设备、涂布设备、激光设备与封装设备。钙钛矿电池在结构上由多个功能薄膜叠加而成，其制备在方法上也是在基底上一层层累置薄膜而成。整个过程中三层薄膜(空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层)制备最为关键,涂布机、镀膜设备(PVD、RPD)和激光设备为核心设备，制备大面积、高性能、均匀稳定、高质量的薄膜是其中关键。

➢TCO玻璃基板层:可以直接采购，或在玻璃底上制备透明导电层，较为成熟。

➢空穴传输层:使用PVD (蒸镀1磁控溅射等)或涂布，难点是工艺参数的调整。

➢钙钛矿层:主要使用涂布印刷(狭缝涂布等)。

➢电子传输层:使用PVD (蒸镀1磁控溅射/离子镀RPD)或涂布。

➢背电极:主要使用蒸镀PVD或磁控溅射PVD，相对较为成熟。

按100MW，单线钙钛矿核心设备投资价值分布：PVD 设备2*2000>涂布机2*1500>RPD 设备1*3000>激光设备4*300。

Q：钙钛矿设备和晶硅电池设备门槛对比？

A：钙钛矿对于设备的要求是比以前的晶硅行业要高很多。比如激光加工环节，激光用来给Perc开槽，划片，精度要求都是 10 微米以上量级的，有个15左右的精度就已经足够了。但是钙钛矿要求百纳米级别的加工深度。所以其实就有两个数量级的差异了。对于激光设备的光源的稳定性、装配的精度、机台的稳定性都提出了新的要求。而且随着效率的提升 以及将来叠层技术的导入，钙钛矿对于设备的需求会越来越像半导体行业。所以我们国家已经完全的 掌握了晶硅整个产业链上的所有的设备，但是对钙钛矿产业链上的重要的设备，国产化率还并不是非常的高。

来源：正点光伏