中国粉体网讯 光伏行业飞速迭代升级，清洁能源正在加速走进我们的生活。在一众光伏技术中，有一款高效率、低成本、超轻薄、多场景适配的黑科技脱颖而出，它就是——钙钛矿电池。
作为光伏领域的黄金赛道，钙钛矿电池打破了传统光伏的诸多局限，成为替代传统光伏、实现清洁能源多元化应用的核心技术，也是未来光伏产业升级的关键方向。
五层结构看懂什么是钙钛矿电池
钙钛矿电池一般由透明导电基底（TCO）、电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）和电极层组成。
透明导电基底：主要作用为承载其他材料和收集光电子。透明导电基底一般采用氧化铟锡导电玻璃（ITO）或者氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO）制成，本质是高可见光透过率、低电阻率的透明电极。作为其他材料的载体，光线由此射入，将收集到的光电子传送至外电路。
电子传输层（ETL）：电子传输层主要起到将钙钛矿光吸收层的电子提取并传输到接触电极的作用；同时ETL可以降低载流子界面复合，介孔型ETL还可以促进电子传输，反型ETL可以作为钙钛矿层的保护层，隔绝外部水以及空气。常见的材料有氧化钛（TiO2）、氧化锡（SnO2）或氧化锆（ZrO2）。
钙钛矿吸光层：核心材料是钙钛矿材料，这一层主要是吸收光子产生自由电子和空穴。
空穴传输层（HTL）：主要负责提取和传输光生空穴并抑制空穴回流。
金属电极：主要负责传输电荷并连接外电路。通过在空穴传输层外面蒸镀一层金、银或铝制成，作用是提高电极的导电性能，用于传输电荷并连接外电路。
三大主流品类，覆盖全场景光伏应用
随着技术迭代，钙钛矿电池已衍生出单结、叠层、柔性三大主流品类。三者特性各异，分别适配建筑、交通、户外、穿戴电子等不同场景，解锁了光伏应用的更多可能性。
不仅仅是屋顶，更是建筑的一部分
单结钙钛矿太阳能电池凭借钙钛矿材料的高效光吸收能力和可定制化特性，可以将其集成到建筑物的屋顶和外墙上，实现光伏建筑一体化，在为建筑提供清洁能源的同时满足建筑物的美观性需求；与传统的第一代太阳能电池相比，钙钛矿电池在弱光环境下能保持的光电转换效率更高，因此可以将其应用于一些室内的低能耗电器或者是路灯等公共设施，在弱光环境下为其提供清洁能源；钙钛矿材料对光的高吸收能力使其可以在有效面积内提供更多的电力，因此可以将其集成在新能源汽车的天窗和车顶或者是农业领域的温室屋顶，为车载电器提供电力和保障农业设施的电力稳定。
突破极限，光伏进入“30%+效率时代”
叠层钙钛矿太阳能电池由两个及以上不同带隙的子电池堆叠而成，分为双端、四端两种结构，通过光谱互补突破传统电池效率瓶颈，是目前高效光伏技术的核心方向。根据材质组合，可分为多类细分品类，各有精准适配场景：
钙钛矿–晶硅叠层电池，凭借其高效率和稳定性，是大规模地面电站和建筑光伏一体化的理想选择，能够为小型商业建筑和家庭屋顶太阳能电站提供高效电力；
全钙钛矿叠层电池，以其高能量密度和轻质特性，适用于无人机和新能源汽车等领域，可增加无人机的续航里程或为汽车的车载电子设备提供额外电力；
钙钛矿–有机叠层电池的两种子电池的光谱利用范围形成有效互补,从而更加容易突破肖克利–奎伊瑟极限的限制，其在弱光条件下的优异性能使其成为室内低能耗电器和便携式充电设备的理想选择。
钙钛矿/CIGS叠层电池则因其良好的环境适应性，适用于建筑光伏一体化。
此外，钙钛矿/BC三端叠层电池的高理论效率使其在大规模地面电站和建筑光伏一体化中具有广阔的应用前景。
当电池可以卷起来，万物皆可发电
柔性钙钛矿太阳能电池以钙钛矿材料作为光吸收层，制备在柔性衬底上的太阳能电池。常用的柔性衬底有3种：聚合物衬底、金属箔衬底和无机非金属衬底。柔性衬底的特点就是柔韧性好，能够适应不同形状的应用场景，能够承受一定的外力不被轻易破坏，起到保护电池中间层的效果。与传统的刚性衬底不同，柔性衬底钙钛矿电池所面临的重大挑战在于其机械稳定性。当受到外部应力作用时，柔性电池的钙钛矿层容易产生裂纹，而在经历扭曲或弯折变形后，还可能引发钙钛矿膜的晶格畸变以及不利的相变，这些变化会加速钙钛矿材料的分解过程，进而导致器件性能的下降。所以在提高柔性电池光电转换效率的同时，也需要投入大量精力来探究提升其机械稳定性和抗弯折性能的方法。
由于柔性电池具有轻薄柔软的特点，所以在电子产品领域应用较多，尤其是可穿戴设备方面，满足人们在出行、运动等场景下对设备续航的要求。在建筑领域，柔性电池应用场景也很多，通过调整相应的电池厚度而具有半透明性，所以可以被制成透光的组件，作为发光幕墙，还可以与外观建筑融合，实现光伏发电为建筑提供清洁能源。
小结
相较于传统光伏电池，钙钛矿电池具备效率上限高、轻量化、弱光性能优、适配场景广等诸多优势。随着稳定性、量产技术的不断突破，钙钛矿电池必将成为光伏产业升级、清洁能源普及的核心力量，开启光伏发电的全新格局。
参考来源：
吴海峰等.钙钛矿太阳能电池商业化进展与产业化挑战
《中国钙钛矿太阳能电池市场研究分析报告》
高昆等.钙钛矿太阳能电池的理论研究和产业化进展
(中国粉体网编辑整理/九思)
注:图片非商业用途，存在侵权告知删除!
