钙钛矿太阳能电池研究进展：从器件到商业化

钙钛矿太阳能电池凭借其高光电转化效率、可低温溶液制备、低成本等优势，成为了备受学术界和商业界关注的新型光伏技术。目前，单结电池的效率记录已达到了25.7%，双结电池的效率超过了31%，显示了巨大的商业潜力，工业界正加快产业化布局。

近年来，我国科学家在钙钛矿光伏的发展中贡献了一系列重要研究成果。鉴于此，上海交通大学韩礼元教授受Sci. China Chem.编辑部委托，邀请北京大学赵清教授、中科院半导体所游经碧研究员、华东师范大学方俊峰教授、华东理工大学吴永真教授、华中科技大学韩宏伟教授、南开大学张晓丹研究员、四川大学赵德威研究员、中科院化学所孟磊研究员、武汉理工大学黄福志研究员、北京大学周欢萍教授、中南大学袁永波教授、北京理工大学陈棋教授、苏州大学王照奎教授、中科院大连化物所刘生忠教授、北京大学朱瑞研究员、三峡集团刘冬雪博士、东京大学刘潇研究员等该领域著名专家合著了综述文章“Recent progress of perovskite solar cells: from device to commercialization”，从器件的角度系统地总结了近年来钙钛矿太阳能电池的重要进展。Sci. China Chem.副主编、中科院化学所李永舫院士对文章给予了指导。

本文重点总结了近5年来钙钛矿太阳电池的关键技术，从器件结构、叠层、模块、稳定性、应用和商业化等几个方面进行了系统地分析。文章强调了钙钛矿太阳电池走向商业化取得的进展和面临的问题，提出在单结和叠层电池的器件设计、面向工况条件的稳定性以及大面积模块等方面需要进一步探索。

最后对钙钛矿太阳能电池目前存在的关键问题及发展方向进行了展望。重点讨论了以下几个问题：

1. 单结电池若要实现与硅太阳能电池相当的（3美分/度电）的发电成本，钙钛矿组件的效率应达到 20%，使用寿命达到20年以上。为实现这一目标，需要不断在高质量、大尺寸钙钛矿层及其他功能层的制备方面不断创新，亟需解决在工业生产线控制组件的钙钛矿结晶度和均匀性等问题。另外，开发新的模块结构以实现高效率高稳定性也是一个重要课题。

2. 在钙钛矿/硅叠层电池方面，应通过建立理论模型和实验相结合的方法对吸光层中光学设计和界面层进行优化，以实现更高的短路电流，并开发适用于大面积硅太阳电池的低成本制备钙钛矿太阳电池器件新工艺。

3. 稳定性是钙钛矿太阳电池走向商业化的关键。尽管已有关于通过IEC61215:2016 标准的测试的报道，但钙钛矿电池的稳定性未来仍有很长的路要走，今后需要积极开展评价钙钛矿在户外工况条件下的老化特性，在科学、定量评估钙钛矿老化过程上达成新的共识，并在此基础上对材料和器件结构进行进一步优化。

4.  钙钛矿太阳电池的文章数量逐年攀升，越来越多的公司参与到钙钛矿太阳电池的产业化中来，这将有助于学术研究人员结合市场需求明确研究目标。为了加速钙钛矿太阳电池的商业化，文章提出：加强产学研协同创新，以推进科技成果转化，加快钙钛矿太阳电池在户外稳定性、大规模生产等关键问题的攻关。

【内容提要】

1.  引言

2.  器件结构

2.1  正式结构器件

2.2  反式结构器件

2.3  可印刷介孔结构器件

3.  叠层电池

3.1  钙钛矿/硅叠层电池

3.2  钙钛矿/CIGS叠层电池

3.3  全钙钛矿叠层电池

3.4  钙钛矿/有机叠层电池

4.  钙钛矿电池模块

4.1  大面积制备

4.2  模块的设计与工艺

5. 稳定性

5.1  功能层的稳定性

5.2   离子移动

5.3  封装技术

6.  应用场景

    6.1  室内光伏

    6.2  柔性器件

    6.3  太空应用

7.  商业化进展

    7.1  日本

    7.2  中国

    7.3  欧洲

    7.4  其他国家

8.  未来展望

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转自：“中国科学杂志社”微信公众号

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