钙钛矿-第三代太阳能电池技术，未来市场是星辰大海
太阳能电池从技术发展来看，可以分为三代：
主要以多晶硅、单晶硅电池为代表，目前技术成熟度、光电转换效率和商业化程度均相对较高，在光伏市场占据主导地位。 目前，晶硅电池的实验室转换效率越来越接近其理论效率极限29.4% ，技术成熟度和产业链都已经高度成熟，继续提升的空间有限。
主要包括砷化镓（GaAs）等类型的太阳能电池。这类电池原材料消耗低、质量更轻、活性材料灵活性高，可以满足多种不同应用需求。但由于这类电池使用的部分活性材料具有毒性或储量稀少，目前无法作为大规模量产技术。
主要包括以钙钛矿太阳能电池为主的新型电池。这类电池具备原料无毒、储量丰富、成本低、工艺简单且可柔性制备等多重优点。其中单结钙钛矿太阳能电池的理论转换效率达33%，与晶硅电池组成叠层电池后，转换效率还将进一步提升，未来发展前景广阔。 目前行业大多仍处于中试线阶段，部分领先企业将陆续启动 GW 级产线建设。
钙钛矿太阳能电池属于第三代电池技术
资料来源：《低成本制备高效率钙钛矿太阳能电池的研究》吕凤，华创证券
因其光电转换层使用钙钛矿结构的材料而得名，指通用化学式为 ABX3 的一类材料。在 ABX3 晶体中，BX6 构成正八面体，BX6 之间通过共用顶点 X 连接,构成三 维骨架，A 嵌入八面体间隙中使晶体结构得以稳定。其中 A 为大半径的一价阳离子（如 甲胺阳离子 MA+、甲脒阳离子 FA+、铯离子 Cs+等），B 为小半径的二价阳离子（如亚铅 离子 Pb2+、亚锡离子 Sn2+、亚锗离子 Ge2+等），X 通常为卤素阴离子（如氟离子 F-，氯 离子 Cl- ，溴离子 Br- ，碘离子 I-等）。常见的钙钛矿材料主要有 FAPbI3 、MAPbI3 等。
图 典型的钙钛矿材料晶格结构
资料来源：李春静等《钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的研究进展》
图 多元化的应用场景
图 转换效率快速追赶晶硅电池
图 钙钛矿太阳能电池转换效率的重要节点
单结钙钛矿电池最大理论转换效率为33%。钙钛矿材料带隙根据组分的不同可在一定范围内调节，理论极限效率可达 33%，接近单结电池理论转换效率极限33.7%（对应理想带隙 1.34eV），高于晶硅的理论极限 29.4%。
图 钙钛矿太阳能电池降本增效预期
多结电池组成的叠层电池可以进一步提升转换效率。以双结电池为例，通常选择宽带隙的材料作为顶电池，窄带隙材料为底电池。叠层电池光谱响应范围更宽，拥有更高的转换效率，双结、三结电池的理论转换效率分别可以达到45%、49%。
钙钛矿材料稳定性较差，易发生分解。钙钛矿材料常使用在潮湿、高温、光照紫外线等 因素的环境下，在此类环境中，材料稳定性较差，容易发生分解，导致材料内部结构发生变化，最终使钙钛矿太阳电池的光电转换效率不断下降。
相比其他类型的光伏电池，随着电池面积增大，钙钛矿电池转换效率下滑幅度更明显。
由于钙钛矿材料的结晶时间很短，通常情况下工艺窗口期仅几秒钟，而制备大面积钙钛 矿电池需要更长的涂布时间，结晶的均匀程度将难以控制。结晶过程中，若出现一个坏 点都将影响整块电池的转换效率。因此钙钛矿层的涂布过程，对生产设备和工艺的稳定 性提出了较高的要求。
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