光伏行业的爆发式增长，核心在于新技术带来光电转化效率的不断的提高以及度电成本的不断降低。钙钛矿电池的实验室效率目前与晶硅电池相当，潜在效率明显高于晶硅电池，且潜在成本约为晶硅电池的一半，使其具备挑战晶硅电池的地位。然而，其大面积制备和稳定能力是其大规模应用面临的两大挑战。我们大家都认为随着钙钛矿电池技术持续不断的发展，其瓶颈问题的突破指日可待，大规模应用可期，其产业链有望迎来新机遇。

  钙钛矿单节电池和晶硅电池相比仍有微小差距，但其理论效率明显高于晶硅电池，其效率追评仍至超越晶硅电池指日可待。此外，相比于晶硅电池，钙钛矿电池的制备成本也有很大优势，大规模产业化的单瓦总成本约为5-6毛钱，是晶硅电池极限成本的50%左右。相比于晶硅电池需高温处理，钙钛矿电池可实现低温柔性制备，其在C端场景应用方面更具多样化。然而，钙钛矿电池在大规模应用方面仍面临诸多挑战，如何现实低成本制备稳定性很高的电池，以及怎么来实现大面积制备高质量的薄膜仍是当前待急待解决的难题。

  光电转化效率：单节钙钛矿电池与晶硅电池效率相比仍有微小差距，但效率追评仍至超越晶硅电池指日可待

  钙钛矿对比目前市场主流光伏电池技术，钙钛矿无疑处于效率的第一梯队。目前效率高于钙钛矿的仅有单晶硅和GaAs两种技术，其中GaAs由于成本比较高，主要使用在于空间航天领域，因此未来一段时间单晶硅将是钙钛矿的主要挑战目标。考虑到钙钛矿的研究只进行了十余年，众多材料和器件机理难题仍有待突破，未来效率仍将有较大的提升空间，效率上追平乃至超越晶硅电池可以期待。

  晶硅电池的理论极限效率较为显著，目前最高的晶硅电池实验效率为26.5%，接近理论效率。钙钛矿电池能够最终靠调节钙钛矿材料的成分配比，加入促进剂，调节钙钛矿材料吸光能带隙大小，达到单结电池极限光电转换效率33%。钙钛矿材料有一定透光性，可组成多结太阳能电池。钙钛矿与晶硅电池叠层形成钙钛矿/硅叠层电池，理论极限效35%。两个钙钛矿电池叠加形成钙钛矿/钙钛矿叠层电池，极限光电转换效率为45%。

  钙钛矿具有更低的生产所带来的成本。根据协鑫纳米估算，相同产能，钙钛矿电池投资大约为晶硅电池一半。晶硅的1GW硅料、硅片、电池、组件合计接近10亿元的投资规模，而钙钛矿电池1GW的产能投资，在达到一定成熟度后，约为5亿元左右。

  加工制造方面：钙钛矿纯度要求很低，制造能耗也很低。太阳能级的硅料，纯度要达到99.9999%。但对于钙钛矿，只需要纯度95%，即可满足使用需求，从能耗角度，单晶硅料制备最高温度需要1700℃，钙钛矿材料制备仅仅需要150℃。每1瓦单晶组件制造的能耗，大约是1.52KWh，而钙钛矿组件能耗为0.12KWh，单瓦能耗只有晶硅的1/10，能耗优势显著。

  综合成本方面：相比于晶硅，钙钛矿也有很大优势，单瓦仅需5毛钱。单片组件成本结构中，钙钛矿占比约为5%，玻璃、靶材等占2/3，单瓦总成本约为5毛到6毛钱，是晶硅电池极限成本的50%。

  可液相、流程简单、低能耗的制备是钙钛矿电池的一个重要特征。不同于晶硅等其他光伏技术需要上千度高温来处理原材料，钙钛矿的原材料（如碘化铅、甲胺、甲脒等）均可溶于有机溶剂中得到前驱体溶液，这些过程均可在室温条件下完成。将这些前驱体溶液通过旋涂、狭缝刮涂等液相制膜工艺均匀涂抹在基底材料上，辅以最高不超过200℃的退火处理，即可得到钙钛矿吸光层薄膜。钙钛矿光伏中的其他层材料也可使用同样的液相制膜工艺或热蒸镀工艺制备，整个电池制备流程从原材料到最终成品，具有步骤少、能耗低、可液相制备的特点，赋予了其低廉的综合制造成本。上述均可同时在柔性基底上实现制备，从而能够实现晶硅光伏没办法完成的超轻超薄柔性光伏器件。

  钙钛矿的主要应用市场包括BIPV和车顶光伏玻璃等。BIPV即光伏建筑一体化(Buiding Integrated PV)，是一种将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术，可分为两大类:一类是光伏方阵与建筑的结合。另一类是光伏方阵与建筑的集成，如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。钙钛矿具有可透光、可柔性化生产、可弱光发电等优势，以及相较于铜铟镓硒、碲化镉等电池更低的成本和更高的效率的优势，BIPV 是其天然的应用场景，BIPV 将成为钙钛矿未来最主要的产品方向。钙矿汽车顶棚光伏玻璃也是未来钙钛矿的主要应用方向之一。如果车顶可安装钙钛矿电池的面积为2㎡，如果新能源汽车顶棚全部替换为钙矿光伏玻璃的话，每天的发电量能提高30公里的行驶里程，将极大地缓解电动汽车车主的充电焦虑问题，每年可节省大量的一次能源和减少大量的二氧化碳排放。在车顶棚领域，钙钛矿与晶硅比可透光可柔性，与铜铟镓硒、碲化镉比成本低效率高，与有机光伏比稳定性更好效率更加高，因此该领域也成为钙铁矿未来的最主要的应用领域之一。

  光伏电池稳定性越好、寿命越长，则其度电成本越低。目前市场上成熟光伏产品寿命通常达到20年以上，而目学术界和产业界仍然缺乏对钙钛矿光伏寿命标准化度量的共识。当前钙钛矿光伏产业化最大的障碍即材料稳定性较弱、电池使用寿命较短，封装后的电池在正常使用条件下T90寿命（剩余效率为初始效率的90%）超过10000小时仍然是一个不小的挑战。

  总的来说，影响钙钛矿稳定性的原因可以概括为以下两点：一是钙钛矿材料本身的稳定性，最重要的包含热稳定性和湿度稳定性；二是电池结构的稳定性，主要涉及电池结构中的电子传输层及空穴传输层。此外光照、高温、电场、应力等都会造成钙钛矿电池性能直线下降。在潮湿环境中，水分子可以容易的进入钙钛矿材料内，与钙钛矿组分中一些基团形成水合物，并通过形成氢键和质子化作用等使钙钛矿材料分解。除了钙钛矿材料外，器件内包括有许多必不可少的其他辅材， 通常由有机小分子或聚合物组成，如空穴传输层spiro-OMeTAD、电子传输层PCBM等，在水和氧的环境中也十分脆弱，容易形成各类材料缺陷、降低使用性能。而另一类辅材采用金属氧化物，如氧化钛、氧化镍等，是常用的光催化剂，在光照条件下可以催化某些材料的氧化分解，从而破环器件结构。

  钙钛矿电池对封装的要求远高于硅基电池，需要做到全寿命隔绝空气密封。钙钛矿遇水、遇氧气，受到紫外线直接照射，就会发生材料改性分解，功能丧失。为降低外因的影响，选择正真适合的封装材料，封装工艺必不可少。传统的“封边”式封装，器件内部存在空腔，气体分子能够在器件内扩散，溢出，无法维系体系内部平衡。绝对密闭的封装能促使钙钛矿的在夜间再生修复，提升钙钛矿电池的循环寿命。钙钛矿太阳能电池封装材料和工艺需要满足以下条件：（1）化学惰性，在封装过程中可以和钙钛矿器件非间接接触，且不会对钙钛矿材料、传输层材料或者器件结构造成破坏；（2）材料具备长久的阻水阻氧和阻紫外的特性；在长时间光照黑暗，冷热交替循环后，不发生裂纹，气孔等疲劳损伤；（3）由于钙钛矿材料和电荷传输材料的低耐热性，封装过程需要在低温下（通常小于 150℃）进行；（4）成本低、易于加工、绿色环保。

  目前常用的封装材料包括Teflon、金刚烷纳米复合材料、UV固化氟聚合物、氧化铝等。有效封装后的钙钛矿电池可以在双85测试条件（85℃，85%湿度）下运行数千小时后仍具有初始效率的90%。目前为止的研究表明，通过元素工程设计晶体结构稳定的钙钛矿材料，并结合界面工程实现太阳能电池结构设计的优化，钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是有望得到解决。但实现低成本封装仍是该领域的一大挑战。

  实现高效率钙钛矿电池的大面积制备是其产业化的另一大挑战。随着电池面积增大，钙钛矿电池相比其他光伏电池，能量转换效率下滑幅度更明显。大面积电池模组和小面积器件效率失配的根本原因有：大面积钙钛矿薄膜有可能会出现孔洞；器件面积增大时，串联电阻增大、并联电阻减小；大面积界面层质量不易控制。

  目前小面积（1cm2）的钙钛矿电池主要是通过溶液涂旋法制备，而当器件面积扩展到100cm2以上时，由于旋涂技术固有的边缘效应、扩展性差、原料浪费等缺陷导致该方法不再适用。如何在于保证大面积薄膜的致密性、覆盖性、平整度、大晶粒尺寸，是当前钙钛矿薄膜工艺的重点研究方向。

  生产钙钛矿的具体流程为：首先在FTO玻璃上使用PVD设备镀阳极缓冲层，随后是钙钛矿涂布结晶，接着是PVD的第二道设备镀阴极缓冲层，并输入背电极材料，最终是封装。

  钙钛矿电池制备中，电子传输层-钙钛矿活性层-空穴传输层三大层制备为核心环节，其中钙钛矿活性层为重中之重。钙钛矿太阳能电池是由多个功能薄膜叠加而成，所以制备钙钛矿太阳能电池的基本方法是在基底上一层层累置薄膜。

  制备电子传输层：电子传输层可选择氧化锌（ZnO）、氧化钛（TiO2）、Al掺杂的ZnO、Ga掺杂的ZnO、氧化锡（SnO2）等薄膜，其制备方法可采用磁控溅射法、旋涂法，接着进行激光退火处理。

  制备空穴传输层：通常使用溶液旋涂法，旋涂程序完成后进行退火处理，得到空穴传输层。

  制备钙钛矿层：目前，制备大面积钙钛矿层薄膜技术主要有四种方法：（1）基于溶液涂布法制备大面积钙钛矿薄膜，可分为刮刀涂布法、狭缝涂布法和丝网印刷法；（2）由喷头内的压力带动钙钛矿前驱体溶液喷出，在基底上形成一层薄膜，可分为喷涂法和喷墨打印法；（3）软膜覆盖法；（4）基于固态材料的气相沉积技术，涉及蒸镀设备。

  虽然液相法制备钙钛矿具有诸多优点，但其仍需解决大面积制膜不均匀性问题。相比之下，蒸镀法具有一定的自身优势，该方法制备钙钛矿几乎不涉及有机溶剂，不但可以有很大成效避免大面积制膜不均匀性，同时大幅度减少了有机溶剂用量，某些特定的程度上有利于环保。因此，蒸镀法天然适用于大面积制膜，且具有较高可重复性。蒸镀法最重要的包含热蒸发（高真空）和化学气相沉积（低真空法）两种工艺。目前针对蒸镀法的学术研究远少于液相法，因而蒸镀法制备的钙钛矿电池性能较液相法仍有很大的差距。此外，液相+蒸镀的复合制备工艺目前也在探索中，有望将两种工艺优点结合起来。

  钙钛矿电池和晶硅电池比的主要优势是电池效率与生产所带来的成本；其面临的挑战主要是稳定性和大面积制备，随着钙钛矿电池的产业化推进，其难题预计将被克服，其优势在不久的将来会在光伏领域大放异彩。