什么是钙钛矿太阳能电池？

什么是钙钛矿太阳能电池？

2025/10/31

首次发布于 2022 年 11 月 24 日

钙钛矿太阳能电池可以使用涂层和印刷技术进行批量生产，因此成本有望降低。此外，由于其抗弯曲性强且重量轻，因此有望能够安装在迄今为止无法安装硅太阳能电池的地方。在性能方面，它们已经实现了与硅太阳能电池相当的能量转换效率，并且世界各地的研究正在朝着全面实际应用的方向发展。什么是钙钛矿太阳能电池，正在做出哪些努力将其实用化，商机在哪里？我们采访了可再生能源研究中心钙钛矿太阳能电池研究团队的研究团队负责人 Takuro Murakami，他从开发伊始就一直参与这项技术的研究。

什么是钙钛矿太阳能电池

什么是钙钛矿

　太阳能电池有多种类型，但基本上当光能照射到它们时，电子（-）和空穴（+）^*1被产生并且它们的运动产生电力。即使在目前主流的硅基太阳能电池中，当阳光照射到硅半导体时也会发生这种现象。

　钙钛矿是钙钛矿的晶体，其独特的晶体结构被称为“钙钛矿结构”。还有其他物质具有这种晶体结构，也可以通过多种物质组合来制成^*2因此，这些晶体材料统称为“钙钛矿”。

到目前为止，钙钛矿已广泛应用于压电材料，例如将声音转化为电能的麦克风。另一方面，含有有机物的钙钛矿晶体一直被研究作为将电转化为光的发光材料，但横滨东阴大学Chikara Miyasaka教授领导的研究小组提出了将其用于太阳能电池的想法，并成功地将其纳入含有电解质的染料敏化太阳能电池中，将光转化为电。但转换效率在3%范围内，并没有引起太多关注。几年后，牛津大学和日本产业技术研究院联合研究成功开发出固态太阳能电池，效率达到10%以上，并将该技术传播到世界各地。

钙钛矿太阳能电池的优缺点

　钙钛矿太阳能电池的第一个优点是重量轻。由于它是由薄膜状晶体集合体制成的，因此抗弯曲性强，并且可以使用薄膜基材，并且可以使用薄且轻的薄膜基材，其优点还在于可以实现比硅太阳能电池轻约十分之一的重量。这允许安装在负载能力有限的屋顶和临时建筑物上。它还适用于需要灵活性的弯曲屋顶和墙壁，以及需要减轻重量的应用。此外，这种太阳能电池可以通过涂覆或印刷材料来制造，使其易于批量生产，有望降低成本。

　另一个优点是可以降低制造成本，因为制造材料不使用昂贵的贵金属，而是使用相对便宜且容易获得的碘化铅和碘化甲基铵。提高能量转换效率并减少研究面积（1 cm²) 太阳能电池的效率现在可与硅太阳能电池相媲美。

钙钛矿太阳能电池具有许多优点，但也面临挑战。它们的寿命短、耐用性低，并且难以大面积扩展。提高耐用性将增加太阳能电池在其使用寿命内产生的电量（发电量）。另外，如上所述，对于小面积太阳能电池来说，转换效率已经足够高，但是产品的尺寸，即1 m²缺点是转换效率仍低于晶体硅太阳能电池。提高转换效率还可以提高发电量。未来还需要进一步的技术发展。

钙钛矿太阳能电池实用化的努力

世界各地的研究正在走向实际应用

　世界各地的研究都在不断进步，发表了许多论文，专利数量也不断增加。 1厘米²虽然研究规模较小，但澳大利亚、中国、韩国和沙特阿拉伯等国家正在争夺世界上最高的转换效率。此外，在中国，晶体硅太阳能电池制造商等正在推进钙钛矿太阳能电池实际应用的开发，并成立了许多风险投资公司。欧美也诞生了多家风险投资公司。

　日本厂商全球首家达到1m²此外，我们还实现了约30平方厘米模块的世界最高效率。此外，日本材料制造商实力也很强，拥有很大的市场份额，为全球钙钛矿太阳能电池供应材料。这样，包括电子制造商、化工材料制造商、设备制造商在内的许多参与者都在致力于实际应用。

AIST 为实际应用所做的努力

　为了将钙钛矿太阳能电池投入实际应用，需要解决在保持高转换效率的同时提高耐久性以及开发量产技术等问题。

在产业技术研究院，为了实现钙钛矿太阳能电池的实用化，我们一直在研究改善钙钛矿组成、开发新材料、大面积沉积材料技术以及有效提取电力以提高效率和耐用性的技术。

一般来说，钙钛矿太阳能电池的性能差异很大，为了评估材料和工艺，需要制造和研究许多太阳能电池。因此，产业技术研究院开发了世界首个钙钛矿太阳能电池自动化电池制造系统，实现电池制造自动化并消除人为因素，从而抑制太阳能电池性能的变化，并使得寻找产生最佳太阳能电池性能的条件成为可能。 (2024/10/02 新闻稿）

　该系统自动执行从清洁太阳能电池基板电极到层压用于电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层的各种材料、蒸发背电极以及分离电池的所有操作，使得可以在各种电池制造条件下自动生产原型。在评估钙钛矿太阳能电池实际应用所需的材料开发以及考虑制造条件时，该系统可以轻松评估太阳能电池的性能，变化很小。通过有效优化电池制造条件，我们将为钙钛矿太阳能电池的早期商业化和高性能做出贡献。

私营企业的参与是实际应用的关键

　为了满足日益增长的社会对实现碳中和的要求，日本已经在易于安装的平坦地区引入了太阳能发电设备。未来的进一步扩张将需要新的超轻量太阳能电池，这些电池可以安装在工厂和仓库等负载能力较低的屋顶以及建筑物的墙壁和窗户上，而这些在城市地区很难安装。

　而且，与传统的晶体硅太阳能电池不同，钙钛矿太阳能电池利用其承受弯曲等应变的能力，可以将基材制成1kg/m2的薄膜²它有望成为一种新型太阳能电池，可以大大扩展发电地点的范围，因为它易于在曲面上安装，并且可以引入到以前难以安装的地方，而建立市场将是商业化的关键。

　可以说，从大型发电厂等特定地点供电的时代正在接近每个个体、移动单元和传感器自己发电的时代。

　钙钛矿太阳能电池在原材料和制造方法上与传统太阳能电池不同，因此有望创造新的供应链和产业。钙钛矿太阳能电池市场还不成熟，所以我认为所有公司都有平等的机会，无论他们过去在太阳能电池方面的经验如何。事实上，如果你没有任何先入之见，你也许能够产生更多的应用想法。

　不管技术有多好，如果没有市场，永远不会普及。 AIST 还在考虑创建一个系统，新公司可以在其中咨询和生产原型。我们希望更多的公司进入这个领域并使其更加充满活力。

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*1：正空穴也称为空穴。这部分就像一个“壳”，电子已被去除，但由于电子带负电，空穴带正电。传输它的层是空穴传输层。有机物质通常用作形成传输层的材料。[返回来源]
*2：形成钙钛矿晶体结构的化学物质有数百种组合和组成比例。[返回来源]