光电转换效率达12.65%！俄科学家开发出半透明太阳能电池：不仅能发电，还能够传输可见光【附钙钛矿电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

俄罗斯国立研究型技术大学MISIS(NUST MISIS)的科学家作为研究小组的一部分，开发了一种将氧化铟锡透明电极应用于钙钛矿太阳能电池的新方法。该方法可进一步提高太阳能电池的效率并使其变得半透明。相关研究发表在新一期《太阳能材料和太阳能电池》杂志上。研究设定的任务是制造一种新型太阳能电池板。这种电池板不仅可发电，还可传输光。为此，太阳能电池必须使用人造晶体材料钙钛矿，并需要一种具有良好导电性的透明电极。

目前，工业界通常使用氧化铟锡作为此类透明电极，并通过磁控溅射将其应用于钙钛矿太阳能电池。然而，研究人员表示，这种方法不适合制造高效电池。通过磁控溅射沉积的氧化铟锡存在诸多缺陷，并不具备所需的性能。此外，在磁控溅射过程中，钙钛矿和电池的其他层可能会受损。

俄罗斯科研人员此次采用了离子束溅射方法，这种方法无需使用高温，也不会损害电池的其他层，从而可以获得具有所需性能的氧化铟锡。他们制造了半透明太阳能电池，并将光电转换效率从磁控溅射氧化铟锡样品的3.12%提高到离子束溅射样品的12.65%。

研究人员称，新成果有助于制造两种类型的太阳能电池——串联太阳能电池和半透明太阳能电池。串联太阳能电池是一种多层光伏结构，通过串联两种或多种光敏材料来增加辐射光谱的吸收范围，从而更有效地利用太阳光。半透明太阳能电池除了发电外，还能够传输可见光，这一特性将使设计师能以多种方式将太阳能电池集成到建筑物的窗户、外墙和其他结构元素中。

图片来源：摄图网

技术价值观察

钙钛矿电池属于第三代新型太阳能电池，产品结构原理和硅基电池差异较大，需全新的工艺流程和产线设备，因此产业链环节差异较大。钙钛矿电池产业链上游包括TCO玻璃、靶材、POE胶膜、丁基胶等辅材以及镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等设备，其中以镀膜设备(PVD、RPD)、涂布机、激光设备为核心;中游为钙钛矿电池及组件制造;下游为钙钛矿电池应用，包括BIPV(光伏建筑一体化)、车载光伏、室内光伏等。

科学家采用离子束溅射方法开发出氧化铟锡透明电极，从而制造出半透明太阳能电池。因此，从钙钛矿电池产业链上看，该电池技术处于产业链的上游环节。

宏观市场观察

——钙钛矿电池发电原理为光生伏特效应

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。

——钙钛矿电池生产效率高、制程耗时短

与晶硅太阳能电池相比，钙钛矿电池的制程耗时明显减少，一体化工厂生产效率大大提高。晶硅电池需要至少在四个不同的工厂分别加工硅料、硅片、电池、组件，单位制程至少需要3天以上，同时还需要大量的人力、运输成本等。根据协鑫纳米的数据，钙钛矿太阳能电池的生产流程较为简单，仅需45分钟就可将玻璃、胶膜、靶材、化工原料等在一个工厂内加工成组件，极大地缩短了制程耗时，简化了流程，价值高度集中。

——钙钛矿电池稳定性与效率双提升

近几年来，学术与工业界的研究人员通过不断优化钙钛矿太阳能电池的配方和工艺，一定程度上提升了钙钛矿电池的稳定性。根据《2023-2024CPIA光伏技术路线图》，目前，小电池片实验室最高转换效率为26.1%，玻璃基小组件最高转换效率为22.7%。处于小规模试验线量产阶段的玻璃基组件中试最高转换效率达到20.6%(1200cm2)，玻璃基量产组件最高转换效率为18.2%。

——钙钛矿电池百兆瓦产线落地

随着钙钛矿电池企业自身工艺进步与产业资本的持续高涨投入，行业内公司的产线推进迅速，极电光能、协鑫光电等头部企业大多已投产百兆瓦级量产中试线，并在产品稳定性得到验证后进一步探索GW级产线;新进入者也在跟进布局百兆瓦级中试线，标志着钙钛矿电池行业由实验室阶段走向产业化阶段。根据头部厂商扩产计划，预计于明后年有望陆续落地GW级生产线，进一步推动钙钛矿太阳能电池规模化生产。

——钙钛矿电池行业发展趋势

目前，国内钙钛矿电池行业仍处于产业化发展初期，未来发展重点主要集中在提升电池的光电转换效率和提升钙钛矿材料的稳定性，研制具有更高稳定性、更高光电转换效率的钙钛矿太阳电池是发展趋势。此外，由于钙钛矿材料大多含有Pb元素，会对环境有潜在影响，因此，无铅化、低毒性材料研发也是重要的关注方向。

中国钙钛矿电池技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与钙钛矿电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华东、华北和东北地区，并且以广东、吉林、山西省为重点发展区域，未来布局钙钛矿电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华东、华北和东北地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市福田区及龙岗区、吉林省长春市朝阳区、山西省运城市河津市及永济市所处钙钛矿电池的相关企业，以及该地方对于钙钛矿电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

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）产业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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