光伏“新秀”钙钛矿电池崭露头角

【科技创新世界潮】

◎本报记者 刘 霞

今年4月，七国集团气候、能源和环境部长会议发布《联合声明》称，将“推进钙钛矿太阳能电池等领域的技术革新”，钙钛矿太阳能电池这一能源领域的“新秀”引发强烈关注。

近日，《日本经济新闻》也集结部分专家，对太阳能、风能、核电、二氧化碳回收等5个领域备受瞩目的11项脱碳技术的普及程度进行了评估，结果发现，在即将实现商用的领域中，最引人关注的是下一代太阳能电池——钙钛矿电池，其可能成为能源行业的“游戏规则改变者”。

专家指出，钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本、低能耗、应用场景丰富等特点，在降低光伏成本革命中备受关注，但其耐用性和稳定性仍需进一步提高。

下一代技术蓄势待发

2013年，《科学》杂志评选十大突破，钙钛矿太阳能电池入选，被称为最有前景的下一代光伏技术。

《日本经济新闻》在报道中指出，当前，钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。叠层钙钛矿电池指钙钛矿层可堆叠在彼此之上，也可堆叠在传统晶硅太阳能电池之上，形成能吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。

据美国《华尔街日报》网站近日报道，单结钙钛矿电池的理论转换效率可达33%，而钙钛矿/硅串联电池的理论转化效率可达43%，都超过单晶硅电池29.4%的理论转换效率。今年6月，阿卜杜拉国王科技大学称，该校研制的钙钛矿/硅串联太阳能电池的转换效率高达33.7%，创下世界纪录。

此外，钙钛矿电池还具有轻、薄、可弯曲等特点，可铺设在传统硅基电池无法覆盖的墙壁表面或列车车顶，操作工序十分简单，且价格几乎减半。东京大学教授濑川浩司的测算显示，到2030年日本钙钛矿电池覆盖的面积最大可达470平方公里，发电能力为600万千瓦，相当于6个核电站。

法兰西岛光伏研究所项目总监格雷戈里·马克表示，钙钛矿层比硅层薄很多，使用的材料减为约1/100。而且，这些材料可在较低的温度下加工，从而节省能源、减少排放。

引国际投资热潮

在全球脱碳浪潮下，硅基电池的性能正在接近其理论极限，钙钛矿太阳能技术已成为众多企业眼中的“香饽饽”。

欧洲PEPPERONI项目于去年11月1日启动，旨在推进欧洲大陆的叠层太阳能光伏电池的制造和产能，重点关注钙钛矿/硅叠层电池，这一项目将持续4年，由“欧洲地平线”计划与瑞士教育、研究和创新秘书处共同资助。

法国光伏组件商Voltec Solar和法兰西岛光伏研究所合作，计划到2030年建设一处规模达5吉瓦的钙钛矿/硅串联太阳能电池“超级工厂”。法兰西岛光伏研究所总经理罗杰·德罗兹多夫斯基-施特雷尔表示，这是一场技术革命，与传统技术目前可实现的最佳效率相比，它不仅能够在光伏组件层面实现30%的效率，还能通过利用回收材料，减少能耗和材料消耗。Voltec Solar公司总经理卢卡斯·韦斯则强调，串联技术将是未来十年的主导光伏技术。

英国牛津光伏公司计划今年推出其商用钙钛矿/硅叠层电池，预计转换效率为27%。该公司也计划在德国柏林附近扩建其试点工厂，并在2030年左右将生产规模扩大到10吉瓦。

耐用性和可靠性亟待完善

据麻省理工学院（MIT）网站报道，虽然钙钛矿显示出巨大的前景，多家公司已经开始进行商业化生产，但耐用性仍然是其面临的最大障碍。硅太阳能电池板在使用25年后，仍能保持25%的功率输出，但钙钛矿电池下降得很快。

不过，科学家们已经取得重大进展：钙钛矿太阳能电池的“寿命”从最初的几小时，增加到几周、几个月，最新“出炉”电池的使用寿命可长达几年。

澳大利亚新南威尔士大学工程学教授马丁·格林表示，钙钛矿制造商需要证明电池板的使用寿命为25—30年，这是行业标准。牛津光伏公司首席技术官克里斯·凯斯称，该公司已将其钙钛矿/硅叠层电池设计为达到或超过25年的使用寿命。

MIT光伏研究实验室负责人托尼奥·博纳西西指出，钙钛矿的一个优点是它们在实验室中相对容易制造，其化学成分很容易组装，但材料在室温下容易结合在一起，也容易分开。

为解决这一问题，有些研究人员使用各种保护材料来封装钙钛矿，使其免受空气和潮湿的影响。

博纳西西参与的一项研究表明，一旦钙钛矿的使用寿命超过10年，加上其制造成本低廉，就能在很多大型公用事业场所替代硅基太阳能电池。