光电转化效率高达28.2%！我国刷新大面积全钙钛矿叠层电池光电转化效率世界纪录：产业化进程进一步加深【附钙钛矿电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

日前，南京大学消息，经国际权威机构JET第三方认证，由南京大学与仁烁光能团队制备的大面积全钙钛矿叠层太阳电池的稳态光电转换效率高达28.2%，刷新了该尺度全钙钛矿叠层太阳电池的世界纪录效率，进一步推动了全钙钛矿叠层太阳电池的产业化进程。相关研究论文10月14日发表在国际学术期刊《自然》上。

功能层的不均匀成膜是限制大面积全钙钛矿叠层电池性能提升的重要因素。对此，研究人员在钙钛矿与电子传输层之间引入了多种插入层分子，并使用大面积光致发光图像研究了薄膜的均匀性。最终，该团队使用混合两种分子的后处理溶液开发了一种定制的二维钙钛矿插入层来优化钙钛矿器件在电子传输层界面处的均匀性及性能。

利用新方法制备的电池，面积达到1.05平方厘米，实验中一度取得28.5%的光电转化效率，且电流没有发生明显损失。后经国际权威机构JET认证，新电池的稳态效率以28.2%的数值记录下来，目前仍为该尺寸的最高值，并被国际《太阳能电池效率表》收录。

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。

为解决功能层的不均匀成膜问题，我国科研团队使用混合两种分子的后处理溶液开发了一种定制的二维钙钛矿插入层来优化钙钛矿器件在电子传输层界面处的均匀性及性能。利用新方法制备的电池实现稳态光电转换效率高达28.2%，刷新了改尺寸的世界纪录效率。

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

——钙钛矿电池优势明显

钙钛矿电池结构简单，以反型平面钙钛矿电池为例，自下往上依次为：玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。钙钛矿电池具有高能量转化效率、价格低、重量轻、柔性大等特性。

——钙钛矿层产业化制备以狭缝涂布法为主

钙钛矿层的制备是生产过程中的核心环节，其成膜质量直接决定了电池的转换效率，目前主要制备方法包括溶液涂布法(湿法)、真空蒸镀法(干法)、气相辅助溶液法(干湿法结合)。其中，溶液涂布法又分为刮刀涂布法、狭缝涂布法、丝网印刷法、喷涂法、喷墨打印法和软膜覆盖法。

钙钛矿薄膜的结晶性良好有助于降低其缺陷态密度、减少载流子的复合。大面积钙钛矿的主要难点就是如何在溶液中形成大量的结晶，以提升镀膜的均匀性。狭缝涂布法可以通过控制系统参数设定进行精确设计、可兼容卷对卷生产，是实现钙钛矿电池产业化的重要方法。

——钙钛矿叠层电池实验室最高转换效率达33.9%

根据NERL公布的最新数据，截至2023年11月，钙钛矿单结电池最高实验室转换效率达26.1%，钙钛矿/晶硅叠层电池最高实验室转换效率更是高达33.9%，由隆基绿能的研发团队创造。整体来看，钙钛矿/钙钛矿、钙钛矿/晶硅、钙钛矿/薄膜等叠层电池为当前研发的热点之一，构建叠层电池能大幅提升光电转换效率。

——钙钛矿电池应用场景

钙钛矿电池在分布式光伏市场具备竞争力，可广泛应用于BIPV幕墙，也是光伏车顶的优良材料。钙钛矿电池下游应用场景广泛主要得益于钙钛矿材料吸光系数大，厚度较薄就能实现对太阳光的有效利用，同时钙钛矿材料特性决定了钙钛矿电池的制作可采用轻薄、柔性基底。

此外，钙钛矿太阳能电池的带隙可调性使其具有室内光伏电池理想的宽带隙，将钙钛矿电池的下游应用范围拓展至弱光及室内光伏，进而可以广泛应用于工业物联网、智能家居和智能出行等领域。目前已有相关企业布局该应用领域的研究，经国家光伏产业计量测试中心认证，广东脉络能源科技有限公司研发的钙钛矿室内光伏电池光电转换效率在1000luxU30光源照射下达到44.72%。

——钙钛矿设备端各环节均有本土化布局

钙钛矿电池组件生产共需要镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备四种设备，其中，镀膜设备供应商包括捷佳伟创、京山轻机、微导纳米、众能光电、理想晶延、红太阳、奥来德等;涂布设备供应商包括德沪涂膜、曼恩斯特;激光设备供应商包括大族激光、帝尔激光、德龙激光、迈为股份、杰普特等;封装设备供应商主要有弗斯迈。钙钛矿组件生产中材料、工艺、设备互相配合铸就钙钛矿企业的核心竞争力。

钙钛矿设备端发展较快，各工艺环节均有国内本土公司布局，且领先企业已经拥有整线设备的生产能力。目前捷佳伟创与众能光电具备整线设备的生产能力，捷佳伟创设备种类涵盖RPD、PVD、PAR、CVD、蒸发镀膜及精密狭缝涂布、晶硅叠层印刷等;众能光电已与国内大型央国企、民营企业和知名高校科研机构累计完成近200个单体工艺设备交付，产品包括涂布机、刮涂机、激光刻蚀机、PVD和ALD等。

——钙钛矿电池发展：稳定性是关键因素

当前阻碍钙钛矿电池产业化发展的关键因素主要有稳定性问题、统一性能测试方法或标准缺失、环境安全性等，其中稳定性是影响钙钛矿电池产业化发展的重要因素之一。当前钙钛矿的不稳定性有三个主要的内在因素：吸湿性，热不稳定性和离子迁移。目前已有诸多策略从钙钛矿层，电子传输层，空穴传输层以及电极等方面进行改善，稳定性也有很大程度的提高。

——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%。

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。

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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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