具有通用性及重要现实应用价值的钙钛矿技术

随着社会的进步，科技的发展，人们对能源的需求越来越大，而现有的能源有限，需要人们不断发展新能源，而光能就是一个不错的选择，人们开始大力发展太阳能发电。“钙钛矿技术是更新换代的技术，具有通用性及重要现实应用价值。”协鑫中央研究院副总工程师范斌在接受记者采访时表示。 技术创新是每个产业发展的原生动力，光伏也不例外，越接近平价，行业在新技术路线上的竞争越呈现加速状态。

2017年下半年，轻薄、低价的钙钛矿太阳能电池异军突起，其商业价值日益受到广泛关注，为行业发展提供了新的方向。作为全球公认最具前景的光伏技术路线，我国钙钛矿太阳能电池产业化之路还有多远?

成本更低的新材料

和硅材料相同，钙钛矿属于半导体。钙钛矿太阳能电池是一种由人工合成的新型薄膜太阳能电池，具有廉价、柔韧性强、重量轻、吸光性更为优异等特质，历来被追求“降本增效”的光伏行业寄于厚望。

“和传统光伏材料相比，钙钛矿太阳能电池原材料成本大幅下降，合成成本仅为传统电池的1/20。”杭州纤纳光电科技有限公司(下称“纤纳光电”)创始人之一、CEO姚冀众介绍。

姚冀众介绍，钙钛矿太阳能电池可将1/4的太阳光直接转化为电力，意味着等量的电力所需原料更少，安装成本也更低。

相关研究也表明，钙钛矿电池对光的吸收能力是传统太阳能电池材料的100倍，因此，钙钛矿电池只需使用1/100的厚度，即可产出相同的能量，大幅减少原材料的使用，同时其产生的电压更高，也能增加能量的产出。

从转化率方面来看，钙钛矿也具有明显优势。以目前备受瞩目的多晶硅为例，1985年，多晶硅太阳能电池的实验室转化率为15%左右，在2004年达到20.4%;其后，转化率虽略有提升但效果甚微，在早期较快速发展的20年间仅提高了5%。

反观钙钛矿太阳能电池，其技术在学术界研究始于2009年，目前实验室小面积器件(面积大小在几平方毫米)效率在22%-23%以上，其效率提升速度超越传统硅、碲化镉和铜铟镓硒等第一代、第二代光伏材料，成为新原料黑马，被行业称为“第三代光伏材料”;范斌也用“尼龙”这种物美价廉的人造材料比喻钙钛矿，他认为，如同尼龙取代棉一样，钙钛矿将拥有更为广阔的应用空间。

降本是光伏产业追求的终极目标，钙钛矿技术无疑为此提供了一条新路径。“当前光伏发电成本虽然大幅下降，但相对传统能源，成本依旧较高，这也是限制其大规模应用的主要因素。”姚冀众说，“钙钛矿作为新型廉价人工材料，不仅节约了原材料成本，在工艺方面国内企业也做了很多创新。以纤纳光电为例，采用了由传统高温锻造结晶工艺转变为溶液打印的方法，进一步使成本缩减。未来，其发电成本甚至可以低于传统煤电电价。”

材料短板获突破

与硅基电池相比，钙钛矿太阳能电池仍是一颗“新星”，从实验室走到台前尚不足半年，业内对钙钛矿的质疑声也颇多。“有毒”、“怕紫外线”、“怕水”、“寿命短”等常伴钙钛矿成为热搜词。

范斌认为这些说法缺乏科学依据。

他说：“质疑声主要针对钙钛矿含铅这一事实，但实际上，钙钛矿组件的含铅量远比普通电子电气设备低得多，甚至比现在使用含铅焊料的常规组件含铅量更低。”

他进一步解释道，在钙钛矿电池里，钙钛矿层非常薄，只有0.5微米左右，组件含铅量仅为0.006%。根据欧盟RoHS标准规定的不能超过0.1%，钙钛矿太阳能电池有毒之说言过其实，钙钛矿不仅完全符合RoHS标准，甚至比该标准含量还低。

“如果从发电量角度考虑，利用钙钛矿电池每发一度电所涉及的铅元素含量，比现有火力发电制造废料里的铅含量还低。”纤纳光电另一创始人颜步一表示。

据记者了解，国内部分院校也在研发无铅钙钛矿电池。颜步一认为：“由于无铅钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性与含铅钙钛矿电池还有差距，因此现阶段对其的关注更多还是集中在学术研究领域。”

针对其他质疑，姚冀众也表示，这些质疑可以被归纳为是对钙钛矿稳定性和工艺良率的疑问，都源自钙钛矿研发开始之初学术界遇到的普遍问题，但实际上，国内钙钛矿产业化的机构已经拥有了完整的解决方案，技术均已获得突破。

初备产业化条件

钙钛矿技术产业化起步始于2014年，近两年屡获突破。2017年被列为“2017诺贝尔化学奖”热门提名，可以说，全球众多拥有半导体材料研究机构，都在争相进入其产业化的研究中。

而产业化进程中一个最重要的指标是钙钛矿组件的转换效率。据了解，实验室研究数据，自2015年起，经过权威机构认证，钙钛矿小组件(面积大于10平方厘米，小于100平方厘米)的最高转换效率提高了5.3%，发展较快。

姚冀众坦言，现在并没有为钙钛矿太阳能电池量身定制的老化测试。目前，学术界和工业界普遍参考晶硅电池的IEC61215认证标准进行稳定性测试。虽然钙钛矿的稳定性已经获得了长足发展，但是使用寿命还需要有第一批商业化的组件实测才能获得。

据范斌介绍，在采用新的电极材料之后，寿命问题也已经获得解决。

全球均在致力于钙钛矿太阳能电池的产业化，但国内对钙钛矿太阳能技术尚存疑虑。到底是作为技术储备，还是产业化推广仍颇具争议。

“钙钛矿技术发展到今天，已不是简单的技术储备了。短短几年转换效率及稳定性都有很大提高，初步具备了产业化条件。”姚冀众认为，“就纤纳光电来说，目前正在为量产做最后的准备。国家产业战略、自主知识产权的核心技术以及公司自身研发创新续航力都给了我们产业化得极大信心。”

颜步一认为发展钙钛矿有利于中国技术引领世界的科技自信、节能环保及扶贫等。“由于钙钛矿太阳能电池柔性、透明和彩色的特性，依靠分布式光伏和可穿戴的发电设备，太阳能可以更好的服务于人们日常工作及生活;其产品将有望引领未来社会的能源革命，实现发电集成对用电需求的全方位覆盖，为智慧城市、绿色建筑、多能互补建设提供灵活多样的新光伏智能解决方案。”颜步一说。相信再过几年到几十年，当人类利用太阳能的技术很成熟的时候，这样就有了无穷尽的能源供给社会的使用，再当下就需要研究者更加努力研究新技术。