千万资本高调进驻，“钙钛矿”或成未来光伏电池技术突破要点

8月2日，钙钛矿光伏企业“曜能科技”获高瓴气候变化投资团队数千万元A轮融资到账。本次融资对于光伏产业而言的意义也尤为重大。钙钛矿作为近年来最受关注的新型半导体明星材料，在光伏、探测、显示、照明等众多领域具备广泛的应用前景。同时，钙钛矿材料的产业应用具有巨大的长期价值。曜能科技的钙钛矿/晶硅叠层光伏技术，能够与晶硅技术深度结合，突破传统单结太阳能电池的产业化光电转换效率极限，进一步降低光伏发电成本。曜能科技经过多年的深耕，构筑了全球一流的钙钛矿材料研发平台及自主知识产权的技术体系，确立了在钙钛矿材料及器件基础与应用研究的行业领先地位。

近年来，钙钛矿太阳能电池热度不断，究其根本在于，它具备作为一个光吸收材料的许多优质条件：直接带隙、禁带可调、高载流子迁移率、高载流子寿命等。且经过十多年的研究，钙钛矿材料的众多优势也被挖掘出来，扬长补短，使得整个太阳能电池的光电转换效率得到提高。此外，除了在太阳能电池领域，钙钛矿在量子学方面、材料学方面都有着新的进展，也逐渐发掘出其内在潜力。

在钙钛矿材料的研究过程中，我们是站在前人的肩膀上，再开启后续进展。未来钙钛矿材料能否优势最大化？是否能竞争得过多晶硅? 现在看来还未可知，但是不论怎样，其发展趋势都值得我们拭目以待。

一、什么是钙钛矿

钙钛矿电池就被称为第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池，光伏是钙钛矿应用规模最为广阔的领域。在2009年-2019年的11年时间里，其电池效率从3.8%提高至25.2%，提升幅度远高于晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。

第52版太阳能电池效率世界纪录表

其工作原理是在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被ITO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集。最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。

钙钛矿太阳能电池结构示意图（1）介孔结构；（2）平面异质结结构 a.正置；b.倒置

二、钙钛矿的优势

作为多晶硅电池强有力的竞争对手，钙钛矿太阳能电池也属于化合物半导体太阳能电池。当阳光照射时，电池内部的电子因受到能量激发逐渐脱离束缚，钙钛矿材料内部便发生了电子空穴分离。此时受激并带有能量的电子在内部开始迁移，随着迁移方向的不同，有可能会从电池的端部逸出，也有可能遇到阻碍导致其释放出无用的能量，大部分是热量。对于硅基太阳能电池中的硅材料来说，欲降低存在的缺陷浓度，需要进行高温处理，温度甚至高达900摄氏度。

然而对于钙钛矿材料来说，要达到降低存在的缺陷浓度，只需要大约100摄氏度的温度处理就足够了。此时，被激发的电子依然可以逸出界面，并且不会损失太多的能量。因为晶硅太阳能电池的效率几近达到饱和，而钙钛矿材料对太阳能的可见光有良好的反应，有建筑一体化潜力，且发电成本低，这使得人们在探索太阳能电池新材料的道路上，逐步关注钙钛矿材料，也慢慢发挥其长，提高太阳光能转化为电能的效率。

三、量产进展

钙钛矿作为一种人工合成材料，在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大，从此大放异彩。近年，全球顶尖科研机构和大型跨国公司，如牛津大学、瑞士洛桑联邦理工学院、日本松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力，力争早日实现量产。

2017 年 2 月，纤纳光电以 15.2%的转换效率，首次打破此前长期由日本保持的钙钛矿小组件的世界效率纪录。此后，分别在当年 5 月和 12 月，以 16%和 17.4%的转换效率实现了一年三破世界纪录的佳绩。这一次，他们又将钙钛矿小组件转换效率提升至 17.9%，稳态输出效率达 17.3%。该结果再一次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术领先优势。

四、未来发展方向

钙钛矿太阳电池虽然目前发展现状良好，有很多优势，原理也很清晰明了，但它还是存在一些不足：比如功能层之间的肖特基势垒会降低功率、由于钙钛矿材料对光波的吸收不足或光干涉造成光电流损耗导致外量子效率达到峰值、功能层材料选取不同造成的性能差异不同等。

仍有若干关键因素可能制约钙钛矿太阳电池的发展，例如：电池的稳定性问题；吸收层中含有可溶性重金属Pb；理论研究有待加强；应用最广的旋涂法难于沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜，还需对其他方法进行改进。

五、最新研究成果

大面积全钙钛矿叠层太阳电池 光电汇OE SHOW

超快激光三维操控透明材料内部钙钛矿量子点的可逆生长 光电汇OE SHOW

2021年4月，在总结2020年中国光学十大进展应用研究成果时，钙钛矿材料就占据了两个成果，分别是南京大学发布的效率达24.2%大面积全钙钛矿叠层太阳电池和华南理工大学发布的超快激光三维操控透明材料内部钙钛矿量子点的可逆生长。这是中国制造出来的，也被记录在最新的太阳能电池效率综述中，由此看来，在世界钙钛矿叠层太阳电池研究领域，中国已远超其他西方国家。