钙钛矿电池应用还要过“关”斩“将”

如果对光伏行业有了解，一定知道钙钛矿太阳能电池（PSCs）。这是一类利用钙钛矿型材料作为吸光层的新型化合物薄膜太阳能电池，是具有ABX3结构的晶体材料的总称，可选的材质种类众多。如今，在即将于大阪举行的2025年世博会上，日本正在开始进行钙钛矿的规模应用，用于会场周边的交通枢纽照明发电。笔者认为，钙钛矿电池走到我们身边的时间并不会太遥远，但仍要解决很多应用问题。

钙钛矿电池率先在日本投入规模应用有迹可循。自钙钛矿电池概念自2012年出现以来，日本通过补贴和其他支持手段推动钙钛矿超薄膜电池的研究和产业化。加上中国、欧美等地区的科研成果，如今的钙钛矿电池距离产业化只差临门一脚。根据相关研究，钙钛矿单结电池理论功率转换效率可达33%，钙钛矿—晶硅叠层电池理论功率转换效率可达到43%，钙钛矿—钙钛矿叠层理论功率转换效率可达到45%，远大于商用硅电池板18%至22%的功率转换效率。对于光伏产业来说，光伏功率转换效率每提高1%，对应每千瓦时电成本下降5%到7%。2023年，加拿大和美国科研团队都成功制备出初具雏形的可商用钙钛矿电池，日本则攻克了钙钛矿电池里的微米级钙钛矿层制备技术，所制作电池的重量只有目前太阳能电池的十分之一，厚度只有二十分之一。

根据相关规划，积水化学和东芝等公司预计最早将于2025年开始量产钙钛矿电池。日本政府也已拨出4亿多美元预算，帮助企业大规模生产钙钛矿电池。日本政府在去年4月还放出豪言，计划将在2030年普及以钙钛矿电池为核心的柔性太阳能电池板，并且将太阳能电池的光电功率转换效率提升至35%。但是，愿景归愿景，仍有三大难题阻碍钙钛矿电池发展。首先，相比于单晶硅和多晶硅，钙钛矿材料是一种离子材料，更容易受潮或氧化降解，对于需要持续工作10年以上乃至30年以上的电池来说是个巨大的考验。其次，由于钙钛矿并不是一种晶体，所以电池越宽就越难形成薄而均匀的钙钛矿层，导致大面积尺寸电池的功率转换效率低于20%，并且电池内部短路等问题会导致光电转换效率下降。最后，吉瓦级规模化生产钙钛矿电池依旧有难度。从目前的发展状况看，这三大难题的解决难度依次递减，但仍然制约了钙钛矿电池应用。