钙钛矿太阳能电池行业报告：光伏电池（40页）

行业报告下载 2023年05月04日 07:41 管理员

钙钛矿太阳能电池发电原理基于光生伏特效应，利用电子和空穴对产生电流。钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其工作基于半导体的光生伏特效应，即在光照条件下钙钛矿材料内部处于发射区、势垒区和基区的价带电子会吸收入射光子的能量而跃迁至导带，从而产生电子-空穴对。具体来看，当钙钛矿层受到光照后，内部激子发生分离产生电子和空穴对，电子通过电子传输层导出，空穴通过空穴传输层导出，当器件外加负载便能够形成完整的回路。钙钛矿太阳能电池诞生十余年，单结转换效率从 3.8%跃升至 25.7%。从钙钛矿太阳能电池的发展历程来看，2009 年，日本科学家 Kojima 和 Miyasaka 将钙钛矿这种材料应用到染料敏化太阳能电池中，并实现了 3.8% 的光电转换效率，钙钛矿太阳能电池正式诞生。2012 年，研究小组使用固态 spiro-OMeTAD 作为空穴传输层以替代传统的液体电解质并制备出全固态钙钛矿太阳能电池，转换效率达到 9.7%，同年转换效率首次超过 10%，自此实现了钙钛矿电池的固态化。2013-2015 年，得益于两步沉积法、氧化铝取代二氧化钛、采用阳离子交换等途径，钙钛矿太阳能电池转换效率相继突破 15%和 20%。

随后 5 年内，转换效率平均每年提升 1-1.5pct，2019 年实现了 25%的突破。目前，单结钙钛矿电池转换效率记录为 25.7%，由韩国 Seok 团队于 2021 年创造。钙钛矿太阳能电池诞生十余年以来，实现了光电转换效率从 3.8%到 25.7%（不考虑叠层）的快速提升，效率爬坡进展亮眼。从理论极限效率来看，单结钙钛矿太阳能电池最高转换效率有望达到 33%，超过晶硅电池 29.4%的极限效率。钙钛矿叠层电池实验室最高转换效率高达 32.5%，理论极限效率为 45%。钙钛矿/钙钛矿、钙钛矿/晶硅、钙钛矿/薄膜等叠层电池为当前研发的热点之一，构建叠层电池能大幅提升光电转换效率。具体来看，钙钛矿电池的光谱响应范围在 300~800 纳米，即可见光波段，而晶硅电池、铜铟镓硒（CIGS）等薄膜电池可以吸收利用红外光。因此，将钙钛矿电池和晶硅、 CIGS 等电池组成叠层电池，能够充分利用各波段的光照，获得更高的光电转换效率。从最高转换效率来看，全钙钛矿叠层电池最高转换效率达 29%，由仁烁光能团队于 2022 年研发；钙钛矿/晶硅叠层电池最高转换效率记录为 32.5%，由德国柏林亥姆霍兹中心（HZB）的科学家于 2022 年创造；钙钛矿/薄膜叠层最高转换效率为 24.16%，由美国国家可再生能源实验室于 2020 年研发。从理论极限效率来看，叠层电池的理论转换效率可达 45%。