钙钛矿的主要优势

作为晶硅电池很有希望的补充或继任者，钙钛矿最直观的优势就是其高效率与低成本。

性能好

2009年第一个钙钛矿电池被生产出来时，其转换效率仅有3.8%[2]；十年后的2019年，这一数字就已经超过25%，至少在实验室达到了晶硅电池的水平，远胜于如碲化镉或铜铟镓硒等薄膜电池（不考虑因过于昂贵而民用化进程几乎停滞的砷化镓）。

这种发展速度的背后，得益于钙钛矿材料远强于晶硅的吸光性能，能量转换过程中的极低能量损失，也与其覆盖光谱范围宽的特征有关。

想要了解钙钛矿的效率优势，我们首先需要介绍一下带隙与肖克利-奎瑟极限（Shockley-Queisser limit）。

带隙是一个与光伏材料转换效率直接相关的概念，指的是将电子从材料中释放出来，使其成为电荷载流子（即可以自由移动的带有电荷的物质微粒，通过运动输运电流）在电路中流动所需的能量。

对于光伏来说，能量就来自于入射光子携带的能量，而不同波长的光所携带能量有所区别，单位为“电子伏特”（eV），而可见光光子的能量就介于1.75 eV（深红色）和 3.1 eV（紫色）之间。

最理想光伏材料的带隙为1.34 eV，使用这种材料的单一连接太阳能电池（也就是俗称的单结电池）在最理想的情况下，能够将33.7%的入射光转化为能量，而这就是所谓的肖克利-奎瑟极限（Shockley-Queisser limit）。

但问题在于，目前人类已知的任何材料，都不天然符合这一完美的带隙。而晶硅之所以得到广泛应用，是因为带隙为1.12eV，理论极限大概为32%（现实中不可能实现这一水平），已经非常接近极限值。

钙钛矿的优势在于极高的灵活性。其作为一种化合物，配方可调，不但可以将其带隙尽可能地推向理想值，也可针对不同波长入射光设计不同钙钛矿层并彼此、或是与其他光伏材料叠加，从而捕获尽可能多的光子，实现高水平转化率。这也是有望推动钙钛矿电池突破肖克利-奎瑟极限的主要方式之一。而相比较之下，硅晶只能提纯，优化空间与手段均十分有限[5]。

成本低

钙钛矿的低成本主要得益于两个方面，一是其预期的成本比较低，二是整条产业链的投资需求可能不是特别高。

一方面，制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺，对纯度要求不高，后续组件对加工环境要求也不高。与晶硅相比，钙钛矿不需99.9999%（即6N）级别以上的纯度，98%左右就已经可用；组件生产过程不需要晶硅电池的千度左右的加工温度，在生产过程中的能耗比较低，多数环节也不需要真空环境。

另一方面，钙钛矿电池由于光吸收能力强，对材料的用量非常低，对降低发电成本也有着很大优势。一般来说，钙钛矿电池的钙钛矿层只需做到300~500nm厚度，与除玻璃外的其它功能层合计能够实现1μm左右的厚度，而晶硅电池的硅片厚度目前处于前沿的厚度也有120μm。根据Oxford PV的计算，35kg钙钛矿的发电量就可以与7t硅（160μm厚度硅片）相当，降本空间十分可观[5]。

最后的降本空间则来自产业链投资。由于钙钛矿制备简单，工艺流程比较短，有望在一座工厂内就实现从钙钛矿前驱液生产到最终的组件封装，上下游整合比较简单，而相比较之下晶硅电池工艺流程非常复杂，需要针对不同环节分别建厂，前期投资需求更高。

当然，钙钛矿尚未实现规模化生产，其成本优势主要基于多种条件综合后的推测，是否能够实现仍需在验证。