产业前沿综合简报 2025-07-16
产业前沿综合简报 2025-07-16
近日，公开信息显示，隆基绿能叠层电池研发成果连续在《自然》和《科学》在线发表。晶硅-钙钛矿叠层太阳电池因其有望超越单结电池的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）效率极限，而成为当前全球先进光伏技术研究的热点。受制于短波光子的热驰豫损失，传统晶硅单结太阳电池效率的进一步提升面临瓶颈。为此，科学家们提出将宽带隙钙钛矿与晶硅集成，通过构建串联叠层太阳电池，有效减少载流子热驰豫损失，充分利用太阳光能，实现光电转换效率的突破。叠层太阳电池被公认为下一代超高效先进光伏技术。
虽然近年来晶硅-钙钛矿叠层太阳电池不断取得重要进展，但宽带隙钙钛矿顶电池仍然存在显著的界面非辐射复合问题，主要包括钙钛矿上界面与电子传输层的界面复合问题以及空穴传输层在绒面衬底上覆盖性及均匀性不佳引起的界面复合问题等。2024年9月，隆基叠层团队在《Nature》发表文章阐述了通过引入双层交错钝化策略，钙钛矿与电子传输层界面复合问题已得到有效解决，并将晶硅-钙钛矿叠层电池效率提升到33.9%，首次从实验上证明双结叠层太阳能电池效率超过了单结S-Q理论效率极限，具有里程碑意义。
针对空穴传输层所在的界面复合问题，隆基团队联合苏州大学开展研究，在新型有机自组装分子材料（SAM）设计及晶硅-钙钛矿叠层器件取得了突破性进展。有别于传统的SAM材料在咔唑的氮原子上引入膦酸锚定基团，研究人员在咔唑核的苯环侧引入膦酸锚定基团，提出了一种具有非对称结构的自组装分子（HTL201），作为宽带隙钙钛矿子电池的空穴选择层。非对称结构的引入显著增强了SAM的锚定能力，原位提升了SAM在硅绒面衬底的覆盖率及均匀性，优化了界面能级匹配。同时，HTL201与钙钛矿之间的强相互作用促进了高品质钙钛矿薄膜的沉积，并有效钝化了埋底界面缺陷，显著降低了表面界面非辐射复合水平。通过与双面纹理化的异质结晶硅结合，研究团队成功实现了开路电压接近2.0V，且认证效率高达34.6%的晶硅-钙钛矿串联叠层太阳电池。这项研究为新型SAM材料的开发及进一步提升晶硅-钙钛矿叠层效率提供了重要的技术方案。相关研究成果2025年7月7日以“Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule”为题，发表于国际顶级学术期刊《Nature》上。
钙钛矿并不是一种天然矿物，它既不含钙，也不含钛，而是泛指一类具有特殊晶体结构的化合物。这类物质最早发现于钙钛矿石中的钛酸钙化合物，因而得名。在光伏领域，钙钛矿材料独特之处在于它的光吸收能力极强，能够高效地将太阳能转化为电能。与传统硅基光伏材料相比，钙钛矿不仅具有更高光电转换效率潜力，且在生产过程中更加节能环保，成本也更低廉。这些优势让它在众多光伏技术路线中脱颖而出，成为备受关注的“明星”。
钙钛矿光伏技术一旦规模化商用，对光伏产业破局和能源转型意义重大。在光伏行业，效率与成本是永恒的命题。晶硅电池技术经过数十年发展，效率提升至27%左右，已接近理论极限，且制造成本受制于高纯度硅料与复杂工艺，进一步下探空间有限。技术进步触碰“天花板”，也是当前光伏行业内卷式困局的重要原因。
钙钛矿电池为光伏行业打开了一扇“新世界大门”。在效率方面，钙钛矿材料可以人工灵活调整“配方”，充分利用不同波长的太阳光，将其转化为电能。单结钙钛矿理论效率超30%，叠层电池可达40%以上，远超晶硅电池；在成本方面，钙钛矿电池制备工艺简洁高效，从原材料到成品组件的转化，在单一工厂内即可完成，生产速度也远超晶硅，有望大幅降低生产门槛与成本；在应用方面，钙钛矿轻薄、柔性、可半透明、弱光响应好的特性，让太阳能利用场景不再局限于传统光伏电站，为光伏建筑一体化、可穿戴能源设备、汽车车顶等新领域开辟了道路，不仅大幅拓宽光伏应用空间，还有助于企业进行差异化竞争，优化光伏产业生态格局。
从能源转型角度看，太阳能是核心清洁能源。钙钛矿光伏技术的高效率和低成本，能够加速光伏大规模应用。它有助于提高清洁能源在能源消费中的比重，减少传统化石能源依赖，推动全球能源向清洁、低碳、可持续方向转型。
在产业进程方面，钙钛矿已逐渐逼近商业化临界点。当前，协鑫光电、纤纳光电、极电光能等初创企业均投建吉瓦级生产线；隆基绿能、通威股份、晶科科技、天合光能等头部企业均已投入钙钛矿晶硅叠层电池研发，有的已经建成百兆瓦级产线；中国石油、中国中核、宁德时代、比亚迪和京东方等企业也跨界布局钙钛矿，加速启动中试线及更大规模产线建设。
不过罗马并非一日建成，钙钛矿电池在迈向“颠覆”的道路上，也面临着重重荆棘。稳定性是当前一大短板，在水、氧、光、热的长期侵蚀下，钙钛矿电池性能衰减问题亟待解决；生产规模扩大，大面积制备时如何保证薄膜均匀性、减少缺陷，也是一道工艺放大难题；同时，专用材料、设备供应链尚未成熟，行业标准和测试认证体系也亟待建立。
综合考虑各类因素，短期内，钙钛矿技术将更多采用钙钛矿和晶硅叠层电池形式推广，利用硅基产业链基础，有望快速打开市场。中期，独立钙钛矿组件在建筑一体化、消费电子等细分领域规模化应用，为这些领域带来全新发展机遇。长期看，若稳定性突破，可能颠覆传统光伏格局，成为光伏市场主流。未来几年，是验证其商业化可行性的“黄金窗口期”，量产组件良率、成本下降速率、长期可靠性数据将成破局关键。这一过程中，政策引导、标准建立、产业链协同至关重要。投资者需有耐心支持长期技术攻坚，企业需避免“短视竞争”，共同推动行业健康发展。（LEQ）
