聚焦下一代光伏，浙江实验室打破两项世界纪录

下一代光伏，加速研发进程。

近日，白马湖实验室联合苏州大学与新南威尔士大学，在钙钛矿太阳能电池领域取得重大突破——

0.1平方厘米小面积电池效率高达27.3%，1平方厘米大面积电池效率达到26.9%，同时刷新两项世界纪录，相关成果收录在5月26日发布的最新版《太阳能电池效率表》中。

据介绍，《太阳能电池效率表》由“太阳能之父”马丁·格林教授主持编制，自1993年1月起，每六个月发布一次，刊登在国际权威杂志《Progress in Photovoltaics（光伏的进展）》上。

这是对太阳能电池最先进水平的权威总结，确保全球光伏研究的可比性与可重复性。

《太阳能电池效率表》截图。受访者 供图

《太阳能电池效率表》截图。受访者 供图

光伏的运作机制，就是把光能转换成电能。

如果在相同光照条件下，单位面积的光伏电池能产生更多电能，就能节约光伏板的面积，拓展丰富的应用场景；更重要的是，度电生产成本下降，将让光伏相比煤电、风电等能源更具竞争力，吸引更多投资客入场。

在光伏领域，要数晶硅太阳能电池技术最成熟，它的光电转换效率，从理论极限来看约为29.4%（可理解为把100份光转换为29.4份电）。目前，市场上大多数晶硅组件效率在24%左右。

而钙钛矿电池的理论极限效率超过31%，在推动光伏产业提效降本方面有革命性的意义。不过，目前大规模商业化还有一定距离。

眼下，钙钛矿电池被业界看作下一代光伏技术，寄予厚望。大批科研机构、高新企业，都在角逐提升转换效率。在这次的《太阳能电池效率表》中，钙钛矿相关的电池效率纪录，占到全部效率纪录的15%，发展势头十足。

成立于2022年的白马湖实验室是浙江十大省实验室之一，聚焦能源与碳中和领域培育新质生产力，围绕太阳能转换与催化、零碳能源转化与存储、能源低碳转化与多能互补等三大研究集群开展一系列科研项目，从去年1月组建钙钛矿太阳能电池技术团队。

这不是他们首次刷新世界纪录，去年12月，联合团队研发的小面积单结钙钛矿电池，认证稳态转换效率达26.81%，曾首次刷新世界纪录。

其中，制备高质量钙钛矿薄膜是实现高效电池的关键因素。团队负责人彭军打了个比方，多晶钙钛矿就像一堆散乱的石头，电荷在其中传输，就像人在走路时遇到障碍，影响电池的光电转换效率。

团队通过创新材料研发和结构设计，开发准单晶钙钛矿成膜和界面钝化等新技术，让这些“石头”有序排列，并减少晶体内部缺陷，让性能更加稳定，使电池的光电转换效率成功提升0.1%。

这半年来，团队进一步挖掘技术潜力。

在钙钛矿太阳能电池的研发赛道上，0.1平方厘米和1平方厘米宛如两座关键技术高峰，前者是探索材料性能极限的“试金石”；后者是连接实验室和生产线的“桥梁”，其转换效率是衡量技术工业化可行性的核心指标。

一般来说，扩大钙钛矿电池的面积，就会导致效率大幅下滑。“就像往面包上抹酱料，小片方便抹匀，而大片容易边缘淡、中间咸。大面积的钙钛矿电池也一样，材料分布不均，缺陷就会增加。”彭军打了个比方。

为了找到“精准烹调”的办法，研究人员百般尝试，开发了数十种原材料，找出最优的钙钛矿沉积方案。这样形成的钙钛矿薄膜，更均匀、更稳定，零部件间的接触界面也更“丝滑”，最终实现效率的新突破。

与此同时，把晶硅和钙钛矿串联起来，形成性能互补，理论极限效率还能更高，可达43%。团队已将相关技术应用于钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的研发，大幅提升叠层电池效率。钙钛矿叠层技术也是目前提升光伏性能最有前景的技术路线之一。

现在，研究成果离产业化更近了，还有很多痛点要解决。

比如，在室外经历寒冬酷暑，电池耐不耐受？面积继续扩大，怎么提升工艺？从基础研究到中试、再到产业落地，“三步跳”并不简单。

要培育新产业，政策引导、资本赋能和标准制定，缺一不可。“实验室由浙能集团牵头，联合浙江大学、西湖大学共建，我们有天然的机制优势。”白马湖实验室党委委员孙士恩说，实验室正在积极筹划孵化子公司，推进钙钛矿太阳能电池中试扩大生产，打通从实验室到产业化的“最后一公里”，让钙钛矿电池真正走进光伏电站。

此外，在《太阳能电池效率表》上，还有隆基绿能、天合光能、仁烁光能、极电光能等其他中国企业。其中，浙江企业纤纳光电的钙钛矿小组件全面积稳态效率达到23.9%，这是该企业自2017年以来第13次登榜。

钙钛矿电池是核心发电单元，决定了性能上限。而组件是由多个电池集成并封装的发电模块，属于应用形态。当前产业化都处于初期，两者协同推动光伏产业的革新。

此次，纤纳光电应用自主研发的“冻晶”技术结晶工艺，可以在微观层面构建出陡峭的温度梯度，精准钝化钙钛矿表面的缺陷，同样打通表面缺陷制约效率提升的堵点，为生产平米级的钙钛矿组件提供技术支持。

作为国内首批专注钙钛矿光伏技术和产业化的企业，纤纳光电一路穿越“无人区”，已经拥有超350项完全自主的知识产权专利，从效率、稳定性、量产良率三方面，推进平米级钙钛矿组件产业化，探索产业路径和发展方向。