钙钛矿光伏：十年磨一剑，产业化突围路在何方？

2013年，一种具有高效太阳能转化率、高电荷传输率、低成本、制作简单等优点的新型太阳能电池材料——钙钛矿突然出现在大众视野。

相比于又重又硬、转换效率通常只有22％-26％的传统晶体硅太阳能板，钙钛矿太阳能电池薄如蝉翼可弯曲，转换效率突破30％，还被《科学》杂志评为2013年十大突破之一。

但是钙钛矿太阳能电池从闪亮登场至今已经过去十几年，仍未走出实验室的大门。

就在8月11日，昆明理工大学的研究团队开发出一种新型晶界稳定技术，宣称成功解决了钙钛矿太阳能电池长期面临的效率与稳定性瓶颈问题。

被誉为第三代太阳能电池光电转换材料的钙钛矿，这次的技术突破是否又会真正重塑光伏行业？实现产业化突围？

钙钛矿：光伏产业的“潜力新星”

传统的硅基太阳能板受制于重量，厚度，便携性以及抗弯折程度多项制约，无法实现民用，只能用于山区和房项。在寻找硅的替代品过程中，科学家利用钙钛矿的可调性制造出了与硅性质类似的半导体。

在乌拉尔山脉被发现的钙钛矿（Perovskite），在自然界中原本指的是一种天然矿物CaTiO₃（钙钛氧化物）。但是在光伏领域，钙钛矿并不是一类特定材料，而是指具有ABX₃结构的化合物家族。

A位通常代表有机阳离子，B位为金属铅离子Pb2+，而X位为卤素阴离子。由这些化合物组成的材料家族被通称为“钙钛矿”材料。

钙钛矿的高吸光系数、带隙可调和高载流子迁移率，让它成为第三代太阳能电池的光电转换材料。

因为钙钛矿的元素可以自由组合，通过组分调控，或者元素掺杂等手段替换钙钛矿的部分元素，就能提高它的带隙范围。

以硅基的太阳能电池为例，带隙大约是1.12ev。

也就是说，它只能吸收太阳光中与1.12ev的能量所对应的光，能量低了，电子就无法跃进，能量高了，电子获得的多余动能就会转化为热能浪费掉。

而目前主流配方的钙钛矿，带隙范围一般在1.5-2.3ev，能够吸收更多波段的太阳光，大幅提升了太阳能的转化效率。

有了这一关键优势，钙钛矿似乎真的撼动了硅基光伏这一“老大哥”的地位，为低成本、高效率光伏提供了全新路径。

自2022年-2023年钙钛矿行业初步显露市场，经过2年多的稳定运行加小规模出货之后，业内已经有不少企业看见了钙钛矿的巨大潜力。

目前已有京东方+极电光能两条GW单线投产，预计25H2纤纳光电、协鑫光电、宁德时代等GW线有望投产落地，26年仁烁光能等厂商亦有望跟进GW线投产。

而在2025年的第一季度，已经有超过14起涉及钙钛矿的国内企业及团队宣布完成融资。

2月20日，江苏迪塔镁克科技有限公司宣布完成近千万元A+轮融资，将加速大尺寸单结/叠层涂布机量产，推动钙钛矿电池降本增效。

4月6日，深圳市极致激光科技有限公司宣布完成数千万元A+轮融资，资金将用于公司的钙钛矿新产品研发及制造基地建设。

4月21日，首创“石榴结构”全固态量子点制备技术的温州锌芯钛晶科技有限公司宣布完成数千万元A+轮融资。

一瞬间，钙钛矿太阳能电池市场如火如荼，如果钙钛矿真的实现产业化，那将拥抱巨大的应用前景。

钙钛矿的产业化突围新机遇

自20世纪50年代以来，晶体硅凭借技术更加成熟、稳定性强、一次可用25年的优点，一直充当太阳能电池的主要半导体材料。

受益于国家“双碳”目标的推进，2025年，中国单晶硅太阳能板的市场规模预计达到1800亿元人民币，年复合增长率保持在25%以上。

但传统太阳能电池板制造过程中使用的大型晶体硅价格昂贵、制备步骤多，需消耗大量能源。

2025年，多晶硅价格最低为42000元/吨，而目前国内钙钛矿的价格大致在每吨2000-4000元之间。GW级别晶硅组件产能投资需要7.5亿元，钙钛矿组件投资需5-10亿元。但钙钛矿电池还处于起步阶段，晶硅电池产业链已经成熟，预计在未来钙钛矿组件产能投资可能小于晶硅组件。

在制作流程上，制备一块晶体硅太阳能电池的流程就包括硅片清洗、绒面制备、扩散制结等十余项流程。

而钙钛矿太阳能电池不同于传统晶体硅太阳能电池，制作原料便宜、太阳能转换效率高，或许能对光伏产业能造成颠覆性的影响。

在钙钛矿电池的生产中，主要只包括镀膜、激光刻蚀、封装三大核心工艺环节，可在45分钟内将化工原料、玻璃、靶材、胶膜在单一工厂加工为组件。

在制作成本上，当前百MW量产成本约1-1.5元/W，玻璃等封装材料占比30%+；预计GW级有望降至8毛/W以内，与晶体硅太阳能电池相比，成本下降了数倍。

在使用性能上，钙钛矿电池的高光吸收系数、受温差影响小，光电损失少等优点，让单结钙钛矿电池效率上限超30%，双结叠层效率上限更有望接近45%，而晶硅电池效率却难以突破30%。

目前典型的钙钛矿配方的最高单结效率已达27%，已经接近晶硅电池实验室记录。

并且传统硅晶体太阳能层厚度达到130-170um，而钙钛矿太阳能板的涂层仅有0.1到0.5um，两者之间相差超300倍。

薄如蝉翼、轻量化的钙钛矿太阳能电池可以制备柔性电池，替代又重又硬的传统晶硅太阳能板，应用范围更加广泛。

截至2025年6月，全国新能源汽车充电基础设施累计数量已达1610万个，同比增长55.6%。若钙钛矿太阳能电池实现量产，就可以在汽车车顶或者引擎盖上加装太阳能板，减少对充电桩的依赖，甚至能开发出一款太阳能电车。

至2021年末，我国建筑太阳能光热应用面积达到50.66亿平方米，太阳能光伏装机容量达到1.82万兆瓦，但其中只有11%的屋顶适合建设光伏电站。而钙钛矿体量轻、柔性大，可以安装到更多如写字楼外墙等晶体硅太阳能板所覆盖不到的地方，实现更大范围的建筑光伏一体化。

还可以在背包、帐篷、毯子、无人机等移动设备上，加装钙钛矿太阳能板方便随用随充，出门野炊带充电毯比充电宝还方便。

除此之外，若产业化成功，钙钛矿有望将光伏发电成本降低、避免硅料依赖进口、加速全球能源结构从化石燃料向可再生能源转型。

随着光伏产业链上游产业链的供远过于求和价格战，组件价格已到达冰点。而钙钛矿成本相较于晶体硅更低，实现产业化后光伏发电成本还可进一步降低。

根据海关最新数据显示，2024年10月我国多晶硅进口量为2374.95吨，若钙钛矿成功量产，国内则能进一步占据可再生能源的比重。

而最近的政策和研究显示，中国计划到2025年可再生能源消费量达到11亿吨标煤以上，表明太阳能在替代化石燃料上具有巨大潜力。

但晶硅电池经过40余年的发展，产业链成熟，电池转换效率已经达到25-26%，即将接近极限，急需找到其他非化石能源在能源转型中替代晶体硅，以保障能源供应的安全和稳定。若钙钛矿加入可再生能源原料的阵营，能大大提升太阳能在替代化石燃料方面的潜力。

可是从2016年钙钛矿创业元年，到2022年钙钛矿电池成为大热赛道，“长跑”数十年却仍未跑出实验室的大门，背后又有何“异数”？

钙钛矿发展“快车道”上的技术挑战

钙钛矿电池的使用仍处在实验室的平方厘米内，但放大至平方米级组件时，技术不成熟就会导致转换效率大幅下降。

均匀成膜技术尚未成熟，容易出现溶液涂布易出现孔洞、厚度不均的现象。要想做到厚度为400纳米-800纳米，平整度偏差小于等于±5%，上海德沪涂膜设备有限公司董事长王锦山对此曾表示“变成晶体的过程不难，但在大尺寸上实现物理变化诱导的成核/结晶高度化学一致性比较难”。

成膜和结晶的物理和化学一致性好坏决定了面板的发电效能，而目前的制备方法之一是使用真空蒸镀形成薄膜，其二也可以使用低成本的溶液法，通过狭缝涂布技术成膜、结晶。

钙钛矿材料寿命短，与能持续使用25年的传统硅晶体太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池仅能用几千个小时。

由于钙钛矿材料本身分解能较低，离子容易发生扩散，温度或者组分的差异会导致钙钛矿材料发生成分偏析或者相分离，并且容易与环境中的水分子、空气发生反应，光照下发生相分离。

2009年，日本科学家率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料进行试验，但由于氧化反应，几分钟后就宣告失败。

2012年，韩国的朴南圭团队首次报告了效率接近10%的全固态有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，这被认为是钙钛矿太阳能电池发展历程中里程碑式的工作，但没过多久效率就衰减到了80%。

为了控制钙钛矿材料的分解反应，2025年3月，华东理工大学研究团队首次揭示了新型光伏不稳定性的关键机制——“光机械”诱导分解效应，并通过在钙钛矿薄膜的表面粘合一层石墨烯，在物理层面上抑制钙钛矿分解。

2025年5月，南京航空航天大学研究团队通过化学反应，给钙钛矿材料内的分子“上锁”抑制其分解。

2025年8月，昆明理工大学研究人员开发出了一种新型晶界稳定技术，对钙钛矿分解反应进行控制。

直至目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从2009年的3.8%提高到今天的25%以上，寿命也从2012年的5分钟延长到如今1000小时以上。最新数据显示，钙钛矿太阳能电池在强度拉满的情况下，持续工作3670小时（约153天）后，仍能保持97%的发电效率，相比于传统光伏板，钙钛矿这个赛道可谓是进展飞速。

转换效率、时间都在快速提升，但是钙钛矿在生产的过程中含有毒物质——铅，在电池破损或者废弃后，又该如何回收处理呢？

钙钛矿电池作为典型的有机金属卤化物，生产过程中含有铅元素，一旦泄露就会产生严重的环境污染问题。所以钙钛矿在国际许多国家和地区都被列为禁止使用的材料，尽管业界已经在研究无铅钙钛矿，但是其太阳能转换效率远不及含铅钙钛矿。

并且较晶硅行业用铅量来说，钙钛矿太阳能电池用铅量实际更低。

虽然硅片不含铅，但晶硅电池的焊带是铜箔涂铅的。每一个标准尺寸的晶硅组件中大概有18 克左右的铅，而同样尺寸的钙钛矿组件含铅量不超过 2 克，仅为晶硅的 1/10。根据 RoHS 标准，晶硅组件中的铅含量不能超过 0.1%，而钙钛矿组件中的铅含量不足 0.01%，相对于晶硅电池更加环保。