钙钛矿太阳能电池发电原理 ; 钙钛矿电池结构 ; 钙钛矿电池类型 ; 各类太阳能电池理论极限转换效率 ; 钙钛矿电池不同技术路线优劣势对比

  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，其发电原理是基于半导体的光生伏特效应，利用电子和空穴对产生电流。钙钛矿电池器件的工作机制总体可以被划分为五个过程：光子吸收过程、激子扩散过程、激子解离过程、载流子传输过程以及电荷收集过程。经过五个过程后，自由电子通过电子传输层后被阴极层收集，自由空穴通过空穴传输层后被阳极收集，两极形成电势差，电池与外加负载构成闭合回路，回路中形成电流。

  常见高效钙钛矿太阳能电池结构是由透明导电氧化物 ( FTO 或 ITO ) 、电子传输层 ( ETL ) 、钙钛矿吸光层、空穴传输层 ( HTL ) 、金属电极 ( 背电极 ) 组成的。根据电子传输层与空穴传输层位置不同，可分为正式结构电池 ( n-i-p ) 与反式结构电池 ( p-i-n ) ; 根据电荷传输层的形貌结构，可分为介孔结构和平面结构。目前反式平面结构为钙钛矿电池产业化进程中较为主流的选择，布局该类电池的企业包括协鑫光电、极电光能等。

  从技术路线来看，钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。如果一个钙钛矿电池只有钙钛矿本身的 三明治 结构，那么就是单结钙钛矿电池。所谓叠层钙钛矿电池，是指钙钛矿层可以堆叠在彼此之上，也可以堆叠在传统晶硅太阳能电池之上，形成能够吸收更宽太阳光谱的 串联 电池。按照不一样的材料的堆叠，叠层钙钛矿电池的技术路线有晶硅 / 钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池、薄膜电池 ( 如铜铟镓硒 ) / 钙钛矿叠层电池等。

  钙钛矿电池拥有更高的理论转换效率，未来发展空间更大。追求持续的降本增效一直是光伏行业发展的主旋律，目前晶硅电池越来越接近 29.4% 的理论极限，发展的潜在能力有限 ; 而钙钛矿电池拥有更高的 31% 理论转换效率上限，且可与其他电池进行双结、三结叠层，分别达到 35% 和 45% 的转换效率。

  目前工业界出于稳定性、效率、成本的统一考虑，基本比较认同：单结结构方面采用平面反式结构，叠层方式上采用两端叠层。但在量产技术路线上存在一定的差异，主要体现在做单结还是叠层电池，如果做叠层，是选择钙钛矿 / 晶硅叠层，还是全钙钛矿叠层。

  不同技术路线各有优劣，目前晶硅大厂倾向选择钙钛矿 / 晶硅叠层的路线，全钙钛矿路线更适合初创企业。从技术现在的状况来看：1 ) 效率上，钙钛矿 / 晶硅叠层发展最快，效率最高 ;2 ) 光电损失上，单结电池损失最小 ;3 ) 稳定性上，全钙钛矿电池稳定性最差 ;4 ) 成本上，全钙钛矿电池成本度电最低 ;5 ) 主流厂商选择路线：量产阶段单结和叠层电池厂商数量相近，战略规划阶段则大部分厂商选择叠层电池，其中晶硅大厂为发挥技术优势，首选钙钛矿 / 晶硅叠层。仁烁光能独树一帜选择全钙钛矿叠层，为初创企业技术路线选择提供参考。

  更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国钙钛矿电池（PSCs）产业高质量发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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