钙钛矿太阳能电池是下一代太阳能电池”的实际应用日益临近。政府准备最早在今年秋天制定一项战略来支持工业化，其中包括引进和价格目标。我们将介绍钙钛矿太阳能电池的研究和开发现状和挑战，国内制造商的动向，以及它们被认为是“下一代太阳能电池的最爱”的原因及其机制。
钙钛矿太阳能电池是日本横滨东院大学宫坂勉实验室于 2006 年开发的一项技术。简而言之，它是一种可以使用印刷技术制造的薄膜太阳能电池，该技术包括将原材料溶液涂在基板上并让其干燥。以薄膜或玻璃为基材，吸收光并将其转化为电能的半导体。它是通过使用薄膜或玻璃基板并在其上涂覆（钙钛矿）作为超薄发电层来制造的。通过使用薄膜作为基板，可以制造出薄且易于弯曲的太阳能电池。目前主流的硅太阳能电池中，用于发电层的硅很容易破碎。通常，它附着在钢化玻璃上并夹在聚合物片之间，使其坚硬而沉重。钙钛矿太阳能电池据说重量是硅太阳能电池的十分之一，可以安装在承重能力较低的屋顶和墙壁上，而这些地方过去很难安装太阳能电池。这就是它被称为“下一代”的原因。
那么为什么它被认为是最受欢迎的呢？最大的原因是光转换成电的效率高（转换效率）。根据美国国家可再生能源实验室（NREL）的数据，截至2023年7月，小面积钙钛矿太阳能电池的转换效率为26.1%。已达到与硅太阳能电池相同的水平（26.1%/截至2023年12月）。尤其是，从截至2013年7月的14.1%，在短短10年内迅速上升，是其被定位为“最爱”的一个因素。
钙钛矿太阳能电池的另一个优点是它们可以低成本制造。钙钛矿太阳能电池可以在低于150°C的温度下形成发电层。与硅太阳能电池在制造过程中需要1000摄氏度以上的高温环境相比，能耗降低了。此外火星_火星平台-官方授权注册服务中心，当使用薄膜作为基材时，可以使用包括展开长卷薄膜以进行成膜和加工的工艺（卷对卷（R2R））来制造，该工艺被认为是高效的。而且主要原料是碘和铅，比硅便宜。如果薄而轻，还有望降低运输和安装所需的成本。
另一方面，工业化面临三大挑战。一是耐用性。钙钛矿对水分和氧气敏感，很容易变质。第二个目标是提高实用尺寸的大面积模块的效率。虽然实验室制作的小面积电池重现性很高，转换效率可以达到20%以上，但大于30平方厘米的电池很难达到20%。钙钛矿太阳能电池通过应用溶液形成发电层，但很难在大面积上形成均匀的薄膜。
主要原材料铅对环境有害，这也是一个问题。目前正在开展研究和开发工作，以减少或消除铅的使用量，但实现这一目标的障碍很高，在实际使用之初，适当的管理和收集系统至关重要。
国内多家厂商正在以自己的策略进行研发，以供应钙钛矿太阳能电池产品。其中积水化学就是其中的龙头企业之一。该公司已经建立了使用R2R制造30厘米宽薄膜型钙钛矿太阳能电池的工艺，并计划在25年内将其商业化。除了同年向大阪/关西世博会供应外，还计划向东京目前在建的摩天大楼供应1兆瓦。同样，在薄膜类型中，东芝能源系统等公司也致力于将其商业化。
另一方面，松下控股（HD）的目标是供应玻璃类产品。它将采用在建筑玻璃上形成发电层的工艺进行制造，并计划于 2026 年开始作为建筑材料集成太阳能电池 (BIPV) 进行试销售。还有爱信致力于通过使用厚度为0.3毫米的轻质玻璃作为基板，打造出薄而轻的玻璃型太阳能电池。
其他开发自己技术的公司包括理光（Ricoh）和 Enecoat Technologies，其中理光（Ricoh）已将在发电层中使用有机物（如钙钛矿太阳能电池）的染料敏化太阳能电池商业化，Kaneka（在硅太阳能电池方面拥有良好的业绩记录）。
富士经济预测，2040年全球钙钛矿太阳能电池市场规模将扩大至2.4万亿日元。这个市场不仅为积水化学和松下等成品制造商提供了商机，也为供应钙钛矿太阳能电池组件的材料制造商以及安装和分销这些组件的公司提供了商机。特别是，材料制造商有望利用各自的技术为解决上述主要问题做出贡献，例如大面积模块的耐用性和高效率。
我想再次介绍一下钙钛矿太阳能电池的结构。让我们以电影的形式来看一下。它由五个主要层组成。它们是透明电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极。当太阳光等光能从透明电极侧进入钙钛矿层时，会产生电子和空穴，电子穿过电子传输层，空穴通过空穴传输层移动到电极并产生电力。通过使用密封材料或阻隔膜对其进行密封，可以提高耐久性。换句话说，封装剂和阻挡膜的性能影响钙钛矿太阳能电池的耐用性。此外，五层中每一层所使用的材料（电极材料、电子传输材料、空穴传输材料等）影响转换效率、耐久性和成膜的难易程度。
钙钛矿太阳能电池商业化的关键是能否通过制造材料和使用技术来解决这些问题。这不仅是成品制造商，也是材料制造商利用自己的技术的舞台。
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