25.1%！美国西北大学刷新钙钛矿光伏电池新效率【附钙钛矿电池行业技术发展现状分析】

图源：摄图网

1月10日，据报道，美国西北大学的研究人员再次提高了钙钛矿太阳能电池的标准，该团队实现了25.1%的效率，并得到美国国家可再生能源实验室（NREL）的认证，而早期的方法效率仅为24.09%。

依据《科学》杂志上的研究，这种双分子解决方案以克服阳光转化为能量时的效率损失。首先，科学家们通过结合一种分子来解决所谓的表面重组，当电子被表面上缺失的原子所困时，电子就会丢失，第二种分子可以破坏层与层之间界面的重组。

以往，钙钛矿太阳能电池由于其相对不稳定，一直受到提高效率的挑战。该团队过去的研究发现，有证据表明PDAI2分子在解决界面重组方面做得很好。接下来，他们需要找到一种分子来修复表面缺陷，并防止电子与它们重新结合。最终，该小组将研究范围缩小到硫上，硫可以取代碳基团，以覆盖缺失的原子并抑制重组。

西北大学教授Ted Sargent说：“钙钛矿太阳能技术发展迅速，研究和开发的重点正在从大块吸收器转移到界面上。这是进一步提高效率和稳定性的关键点，使我们更接近这条有前途的道路，实现更高效的太阳能收集。”

钙钛矿电池发电原理为光生伏特效应

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其发电原理基于半导体的光生伏特效应，利用电子和空穴对产生电流。钙钛矿电池器件的工作机制总体可以被划分为五个过程：光子吸收过程、激子扩散过程、激子解离过程、载流子传输过程以及电荷收集过程。经过五个过程后，自由电子通过电子传输层后被阴极层收集，自由空穴通过空穴传输层后被阳极收集，两极形成电势差，电池与外加负载构成闭合回路，回路中形成电流。

量产技术路线存在差异

目前工业界出于稳定性、效率、成本的统一考虑，基本比较认同：单结结构方面采用平面反式结构，叠层方式上采用两端叠层。但在量产技术路线上存在差异，主要表现在做单结还是叠层电池，如果做叠层，是选择钙钛矿/晶硅叠层，还是全钙钛矿叠层。

不同技术路线各有优劣，目前晶硅大厂倾向选择钙钛矿/晶硅叠层的路线，全钙钛矿路线比较适合初创企业。从技术现状来看：1)效率上，钙钛矿/晶硅叠层发展最快，效率最高;2)光电损失上，单结电池损失最小;3)稳定性上，全钙钛矿电池稳定性最差;4)成本上，全钙钛矿电池成本度电最低;5)主流厂商选择路线：量产阶段单结和叠层电池厂商数量相近，战略规划阶段则大部分厂商选择叠层电池，其中晶硅大厂为发挥技术优势，首选钙钛矿/晶硅叠层。仁烁光能独树一帜选择全钙钛矿叠层，为初创企业技术路线选择提供参考。

钙钛矿电池未来发展环境如何？国家能源局、科技部出台《“十四五”能源领域科技创新规划》，提出研制基于溶液法与物理法的钙钛矿电池量产工艺制程设备，开发高可靠性组件级联与封装技术，研发大面积、高效率、高稳定性、环境友好型的钙钛矿电池;开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。

展望未来，国泰君安证券在研报中指出钙钛矿电池高性能低成本，有望掀起光伏领域新一轮技术革新。该行认为钙钛矿正处于产业尝试阶段，未来交付方式除了器件模组外，也存在以交钥匙工程模式进行交付的可能。学术界的研究已为产业化铺平道路，目前如何制备大面积的高效电池是钙钛矿产业化面临的主要挑战。现在钙钛矿正处于产业化尝试阶段，未来不一定以组件为核心，其经营模式有望变成交钥匙工程。

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