麦耀华：钙钛矿还需进一步提升效率和稳定性
2月15日，由索比光伏网主办的2023“光能杯”跨年分享会暨2022第十届光伏行业颁奖盛典，在苏州市苏州园区香格里拉大酒店隆重举办。
暨南大学教授、博导、新能源技术研究院院长麦耀华出席了本届“光能杯”跨年分享会分论坛——创新分享会，并作主题为《钙钛矿太阳电池的研究现状与产业化前景》的分享。
麦耀华谈到，钙钛矿电池产业化已经开始，但不是说钙钛矿电池没有问题。首先，稳定性问题，我们发现钙钛矿电池在水的作用和高温条件下有可能发生分解，在电场的作用下，离子会离开原来的位置，也容易和金属电子产生反应，产生不可逆的过程;第二，大面积制备问题，钙钛矿电池的制备目前利用最多的是涂布法，钛矿要涂布出来的是半导体薄膜，这必须考虑结晶动力学，是后续要研究的领域。
双碳目标给太阳能光伏技术带来重大的发展机遇，钙钛矿电池成本低、效率高、应用范围广，具有广阔的市场前景。但是钙钛矿需要进一步提升效率、稳定性，开发大面积制备、叠层电池、柔性电池等技术，开拓包括室内弱光应用在内的新市场。
下文为现场致辞实录整理:
首先非常感谢索比光伏网的邀请，也感谢光伏CTO俱乐部，很开心在这里学到了很多东西。
今天我做的报告主要是钙钛矿电池目前来说热门的主题，这是我报告的主要内容首先从钙钛矿电池的背景开始，这个图大家非常清楚，实现碳达峰、碳中和的目标，就给光伏产业带来了很大的发展前景。这个图是在过去的40年时间里头，在上世纪80年代2020年时候薄膜电池达到了30%左右，晶体硅电池硅碳电池取得了很大的成绩，市场占有率达到了95%，未来可能达到99%，从我个人角度来说，我不特别认可，未来不好预测，晶体硅碳电池也有不少的问题，比如说隆基去年实现了26.81%。
对于技术来说，94%的人都住在东部，这是最需要电的地方，但是也没有太多可以安装光伏组件的地方，晶体硅碳的电池提供有限，那是不是新的技术可以提高转化效率呢?未来是不是一定是晶体硅，很有可能，但是是不是能够达到99%，我们都不是算命的，我们不是特别清楚。
现在大家也在努力寻找不同的技术方案钙钛矿就是其中一个。首先简单介绍一下什么钙钛矿，钙钛矿名字是来自于天然的碳酸钙材料，具有类似晶体材料种类非常多，但是用在光伏材料里面，是有机、无物杂化的，具有ABx3分子子材料。钙钛矿电池有很多优势，首先具有非常高的高吸收系数，对缺陷、杂志容忍度很高，在钙钛矿里面通常用两个九、三个九的材料就可以获得非常好的薄膜材料，这给钙钛矿电池转化提高带来很高的转化性，另外就是带隙连续可调，可制备叠层电池，可以做成叠层电池，可以获得更高的转化效率，利用两极电池的理论体现从30%左右提升到44.8%。
二是低成本，可以用非真空方法制备，制备温度是200度以下，能耗相当低，而且可以做成柔性电池，也可以在室内照明光上使用，可以提供一些免充电的解决方案，用电范围非常广泛，因此这也是钙钛矿电池广受关注的原因。
钙钛矿太阳电池游戏规则改变者，钙钛矿电池的成本都做过很多计算，成本大概是0.7元/W左右，效率是钙钛矿电池的优势，寿命是钙钛矿的短板，一开始是按秒计的，现在可以通过IEC16125的测试，它可以晶体在地面上竞争。另外可以和很多电池结合，包括柔性、室内和电子产品的结合也给了钙钛矿电池很多的应用场景，这很有可能使钙钛矿电池成为游戏的规则改变者。
钙钛矿电池产业化已经开始，但是也不是说钙钛矿电池没有问题，首先就是寿命问题，有两个产品已经通过了IEC61215的测试，所有具有一定的寿命，有足够长的寿命，这个毫无疑问。但是作为一个新的产品，你必须要说服客户，打消客户的疑虑，钙钛矿电池可以看到的还需要很多的实证测试需要做，证明我们IEC61215是满足钙钛矿的要求。
钙钛矿电池有一个新的技术，目前绝大部分的人都做了小面积的电池，基本上95%以上的文章都是基甲钙，钙钛矿的转化面积是随着面积增大迅速下降，这个问题也可以解决，另外就是移动能源、室内光能采集还需要逐步的拓展。
我介绍一下钙钛矿电池的技术挑战，首先是稳定性问题。IEC61215的测试是基于一个已知的资质，钙钛矿电池满足这个要求，就认为满足这个要求，但是这个已知的资质是不是和钙钛矿电池一致呢，这个值得研究的。实际上我们发现钙钛矿电池在水的作用下有可能分解，在高温条件下有可能发生分解的过程，同时钙钛矿电池也会存在离子迁移问题，在电场的作用下，离子会离开原来的位置，也容易和金属电子产生反应，产生不可逆的过程。在一定程度上几乎和晶体硅碳电池不大一样，是不是需要新的测试机制，需要更多的实证机制来验证。
第二个问题就是大面积制备，钙钛矿电池的制备方法有很多种，目前利用最多的就是涂布法，占蓝产业化80%-90%以上的份额。对于涂布法来说，对于钙钛矿是一个很新的工艺，但是对于传统来说这是常用的领域，涂布法是被广泛使用的，而且对均匀性的要求非常高，因此要涂得均匀，我相信不是关键问题，真正的关键问题是钙钛矿要涂布出来的是半导体薄膜，这个就必须考虑结晶动力学，这是后续要研究的地方。蒸发法在一定程度上和我们之前大家所说的低成本，低设备成本角度上有差别，因此还需要进一步加强对设备的研究，降低蒸发法设备成本的要求。
叠层技术是钙钛矿电池非常大的优势，有四端和两端叠层电池，两层叠层电池应用起来更加方便，对电站的设计更加简单，对于叠层电池的理论计算大家都做了很多，左下角两幅图体现了转化效率，对于双叠层电池，在最优化的代谢情况下超过40%以上的效率，如果做到60%以上，转化效率是接近60%的，右上角是不同叠层技术以及其SQlimit，如果可以按照最优化来选择，双层叠层理论效果达到44.8%。目前叠层电池的转化效率取得了很大的成果，钙钛矿/硅的两端叠层电池转换效率达到了32.5%。钙钛矿/钙钛矿电池转换效率已经达到了29%。
对于钙钛矿做叠层电池还有很多问题要解决，一是光管理策略，首先要做到的是电力的匹配，硅碳电池的光管理已经做了很多研究，进展非常快，如果我们在油面的硅碳电池上面，首先要做一个钙钛矿薄膜，还要做好光管理，最大限度的提高光的吸收是非常重要的。另外是电学损失等等这些都是非常关键的，硅碳电池双波组件达到30年的寿命，这是大家都基本上认可的，钙钛矿电池寿命有多长，在一定程度上还没有得到最后的验证，因此提高钙钛矿电池的稳定性也是极其关键的。
钙钛矿电池有一个很重要的应用场景就是室内的光能采集，有很多应用场景，例如说物联网传感器网络，我们不可能每一个地方都拉电线或者锂电池，锂电池更换业带来麻烦。另外就是智能家居和智能箱包也有应用场景，但是这些应用都是室内，室内光能采集会为上述的应用提供免充电的方案。室内光伏和室外光伏有很大的差异的，太阳光的光谱范围比较宽的，而室内光光谱范围窄，辐照度低，因此在电池设计上还有很多问题要解决。
以上就是钙钛矿电池的应用场景和碰到的技术难点，下面介绍一下钙钛矿电池产业化现状。
我们知道目前钙钛矿电池挺受大家关注，这个表列了主要的钙钛矿电池的企业，但是我想说的是非常抱歉，因为企业太多了，我们这个空间太小了，没有全部列下来，我们目前看到比较好的就是协鑫、纤纳、极电等等，也有人宣称根据大家的计划，钙钛矿电池明年有1GW的产能，但是我觉得计划还是计划，但是我们看到类似的声音有很多，大家在百兆瓦有很多，因此钙钛矿电池的产业化用如火如荼来形容应该是没有问题。
设备企业也有很多也看到了钙钛矿电池的机会，有捷佳伟创、大族等等，如果大家要了解哪些企业究竟在设备这块进入了产业，我建议大家多看很多基金公司的分析，我相信他们描述的比我这里要多得多。
最后简单介绍一下广东脉络能源科技有限公司，，广东脉络能源科技有限公司主要依托于暨南大学新能源技术研究院，成立于2016年我们总共有60多人的团队，目前实验室面积超过2000平米，而且已经建成20cm×20cm大面积钙钛矿组件小试平台，可以完成测试和表征的功能，也可以制备一些器件。
脉络能源是去年8月份成立的，2022年11月完成天使轮融资，2023年2月中试生产线建设完成，我们也希望尽快达到转换效率，目的是为了研究和开发钙钛矿的产业技术。
2021年认证玻璃衬底组件世界最高效率是21.37%室内光是我们的优势，我们实现了柔性和刚性最高效率，同时最近我们也获得了室内光伏电池转换效率提升到44.72%，在大面积和钙钛矿叠层也获得了转化30.5%的效率。
这是我们后续的计划，目前已经完成了中试线的完成厂房装修，2023年06月100/MW产线开始产线设计及设备采购。
最后做一个总结，双碳目标给太阳能光伏技术带来重大的发展机遇，钙钛矿电池成本低、效率高、应用范围广，具有广阔的市场前景。但是钙钛矿需要进一步提升效率、稳定性，开发大面积制备、叠层电池、柔性电池等技术，开拓包括室内若光应用在内的信市场。脉络能源完成了天使轮融资，开始了相关的产业化，谢谢大家!
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