1839年，在俄罗斯乌拉尔山脉，德国矿物学家GustavRose发现了矿物质钛酸钙CaTiO3，之后俄国矿物学家Lev Alekseyevich von Perovski将其命名为“Perovskite”。后来ABO3型氧化物的简单钙钛矿被广泛研究， 于是人们以“perovskite”一词来描述庞大的钙钛矿家族及其衍生化合物。

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目前光伏领域的钙钛矿材料是指具有半导体特性的卤素钙钛矿材料ABX3。其中A为有机阳离子，B为金属离子，X为卤素基团。该结构中，金属B原子位于立方晶胞体心处，卤素X原子位于立方体面心，有机阳离子A位于立方体顶点位置。相比于以共棱、共面形式连接的结构，钙钛矿结构更加稳定，有利于缺陷的扩散迁移。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用全固态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，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。钙钛矿材料是ABX3型八面体结构，原材料储量丰富，可广泛由人工合成；钙钛矿材料具备高光电吸收系数、长载流子扩散长度、浅缺陷能级，多方面促成钙钛矿光电损失小。

钙钛矿电池具备光电损失小、带隙可调节特点， 叠加叠层技术，可实现接近两倍晶硅电池效率，未来应用潜力极大。根据Shockley-Queisser极限，单结太阳能电池吸光材料的禁带宽度在1.34eV时，其理论光电转换效率可达最高的33.7%，典型的甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿带隙为1.55eV，接近最优带隙，单结效率上限可达30%以上。目前钙钛矿最高单结效率已达到25.7%。

钙钛矿组件生产流程简单，可在45分钟内将化工原料、玻璃、靶材、胶膜在单一工厂加工为组件， 目前GW级别晶硅组件产能投资需要7.5亿元，钙钛矿组件投资需5-7亿元，略低于晶硅。同时钙钛矿电池也能够有效降低组件生产成本，以协鑫光电为例，GW级别量产，钙钛矿材料占比3.1%，组件成本<1.0元/W，5-10GW级别量产，组件成本可降至0.5-0.6元/W。

钙钛矿电池目前研究进展主要分为单结电池和多结叠层电池。钙钛矿单结电池不需要依托PN结就能产生光生伏特效应，结构简单，仅有五层；由于钙钛矿带隙可调节，因此可以搭配其他半导体材料进行叠层，叠层后的多结电池可以覆盖大部分带隙，实现光子全方位吸收，实现电池效率成倍增长。

其中叠层电池由于理论效率更高，更有发展潜力。目前主流钙钛矿叠层技术为：钙钛矿/晶硅叠层、钙钛矿/钙钛矿叠层、钙钛矿/ CIGS叠层，由于钙钛矿/晶硅叠层具备底电池（晶硅电池）技术成熟稳定的优势，在诸多叠层中研究进展最快，实验室效率领先。两端叠层方式，是指子电池通过互联界面串联，仅需一个透明电极，成本较低，在工艺方面具备发展前景。

叠层的结数越多，理论上可以获得更高的效率，但是考虑到成本，目前两结叠层电池为主要应用方向；钙钛矿/晶硅叠层和钙钛矿/钙钛矿叠层的电池效率较高，分别为32.5%和28%，成为目前叠层电池研究领域的焦点，钙钛矿/CIGS 叠层电池效率也获得了很大提升，成为下一代光伏电池很有潜力的竞争者。

对于许多有硅技术积累的公司来说，晶硅叠加钙钛矿是一个既能利用原有产线和技术积累、又能降本增效的路线。相较与Topcon 叠层，钙钛矿与 HJT叠层更合适，需要做的改造更少，同时钙钛矿/HJT 叠层电池为串联结构，输出超高电压，提高转换效率。目前HJT-钙钛矿叠层电池实验转换效率目前已达到 31.3%。

目前国内厂商在钙钛矿领域的进展迅速，具体包括：

杭萧钢构：2022 年底投产首条 100MW 晶硅薄膜+钙钛矿叠层电池中试线

华晟新能源：已完成HJT-钙钛矿中试线，实现M6大面积叠层均匀制备

通威股份 ：钙钛矿实验室已经建立完成，首块钙钛矿电池有望年内下线

宝馨科技：计划2年内完成 100MW 钙矿或 HJT-钙钛矿叠层电池产线

曜能光电：2022 年下半年开始建设中试车间，预计 2023 年建成

隆基绿能：公布钙钛矿-异质结叠层电池专利

天合光能：正在开展钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池的设计、制备研究

黑晶光电：串联型钙钛矿/PERC叠层电池达到目前该类电池的最高光电转换水平

奥联电子：计划2023 年50MW钙矿中试线投产，2024 年600MW 钙矿装备和120MW 矿电池组件生产线投产

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关键词： 太阳能电池 电池效率 转换效率