钙钛矿电池PSCs行业报告：第三代太阳能电池（37页）

行业报告下载 2022年09月30日 08:48 管理员

太阳能电池实验室效率从 1954 年诞生时 6%提升到如今的 31.25%（串联硅钙钛矿），同时太阳能电池发展历经三代：晶硅、薄膜、新型太阳能电池。太阳能电池能够通过光电效应直接将光能转化成电能。1837 年，法国的物理学家首次在溶液中发现了光伏效应。1954 年，美国贝尔实验室制备出的世界第一块太阳能电池的光电转换效率为 6%。我国于 1958 年也开始进行太阳能电池的研制工作。自从第一块太阳能电池被制造，在 60 多年时间里太阳能电池的发展已经历三代，种类也进一步丰富。其中，第一代是以晶硅为主的太阳能电池;第二代以薄膜太阳能电池为主，其典型的代表是铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)太阳能电池;第三代为新型的太阳能电池，主要包括：钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池，量子点太阳能电池。2022年7月，洛桑联邦理工学院（EPFL）和瑞士电子和微技术中心（CSEM）使用混合蒸汽和液体溶液技术将钙钛矿沉积到有纹理的硅表面上，1 平方厘米的测试电池的效率达到了 31.25%。第一代晶硅电池目前最成熟，第二代薄膜电池相比第一代具有质量轻、转换效率高的优势，但电池活性层材料昂贵且设备成本高等因素限制其大面积制备和商业化，第三代新型太阳能电池凭借材料成本低、效率高、工艺流程短等优势成为产业界和学术界热点。目前晶硅太阳能电池的实验室效率已经超过了 26%，在市场上占有绝对的地位和份额。

但是，硅基太阳能电池的制备工艺复杂，高效率往往依赖高纯度的硅材料，高纯度的硅材料价格昂贵。第二代薄膜电池与晶硅太阳能电池相比质量轻而且转换效率高，但是由于活性层含有部分稀有元素和重金属元素，不仅价格昂贵而且很难实现大规模的生产和应用。这类电池一般采用热蒸发的方式制备，设备的成本高。以上这些原因限制了这类电池的大面积制备和商业化。第三代新型太阳能电池原料储量丰富，成本低，效率高、工艺流程短且可柔性制备，成为太阳能产业界和学术界的热点。第三代新型电池中，钙钛矿拥有载流子寿命长、带隙可调、光吸收单位宽等优势，钙钛矿电池的应用有单结和叠层两个技术方向，目前实单结电池实验室最高效率 25.7%，逐步接近硅电池最高效率。钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏电池，与传统晶硅太阳能电池相比凭借效率优势、低成本优势（产业化后 GW 级别成本可达 0.6 元/W）、应用广泛、叠层优势受到注。在十余年时间里，实现了效率上的突破，目前最高的电池效率已达 25.7%，且理论效率超 30%，高于晶硅电池，逐步接近硅电池最高效率。钙钛矿材料在光伏产业的应用主要有两个技术方向：单结和叠层。单结钙钛矿技术与其他薄膜技术相似，但制造成本有望低于目前已产业化的薄膜技术。钙钛矿与晶硅相结合的叠层技术兼具高转换效率和低制造成本的优点，有望成为未来光伏产业的技术发展方向。