随着全球范围内碳中和目标的提出和能源结构转型，光伏发电技术将会进入更快的发展周期，到2050年，光伏发电对全球用电的贡献将从现在的约3%增长到40%，光伏将成为电网中的主力电源。未来几十年，光伏产业都将是一个“黄金”产业，其市场规模高达几万亿元。
为推动和配合光伏产品的大规模应用，高效率、低成本将成为对光伏产品的重要要求。目前光伏产业主要依托于晶硅光伏技术，晶硅光伏组件占据光伏市场95%以上的份额。然而，晶硅光伏技术无论效率还是成本都已经接近技术极限，光伏行业需要新一代光伏技术的支撑来实现产品持续的增效和降本，钙钛矿是新一代光伏技术中最具有商业化前景的，且与晶硅叠层可实现效率突破SQ理论极限。钙钛矿太阳电池发展至今只有短短的12年历史，但其实验室光电转换效率已经达到25.5%，组件效率已突破21%，显示了巨大的商业化前景与价值。
钙钛矿技术要取代现有主流光伏产品，还需要在稳定性提升、大面积制备、效率提升、产线集成等方面有重大突破。本项目拟开发钙钛矿产业化成套生产制造技术，解决这一技术从实验室走向商业化的2个关键技术瓶颈：①高效率、长寿命器件结构和材料体系；②大面积生产制造技术。一方面，结合极电光能已有的大面积钙钛矿光伏组件制造技术，继续进行优化和新技术开发，彻底解决产业化面临的所有技术瓶颈；另一方面，结合150MW试制线建设，开展钙钛矿光伏组件的商业化应用。助力碳中和。
本项目以开发平米级钙钛矿组件的产线成套关键技术为目标，按“科学机理统筹整体、关键技术分点突破、户外系统集成验证”的研究思路，依次开展大面积膜层制备、高效钙钛矿模组、百兆瓦级钙钛矿产线集成技术以及户外实证技术研究，重点突破两大关键科学问题：纯甲脒钙钛矿体系FAPbI3成膜结晶动力学问题和全无机上功能层SnO2沉积机理问题；以及三大关键技术问题：钙钛矿大面积涂布技术、无损伤功能层沉积技术和户外验证技术。
（1）大面积FAPbI3钙钛矿薄膜成膜技术
研究纯甲脒钙钛矿体系（FAPbI3）成膜的结晶动力学，研究FAPbI3材料体系成膜过程中形核、结晶和缺陷形成的机理，建立结晶动力学的理论模型；研究不同溶剂组分的熔沸点、极性、表面能、络合能力等对FAPbI3形核快慢、晶粒生长和成膜质量的影响，确定溶剂组分及配比；研究不同添加剂，如MACl、MASCN、离子液体等对FAPbI3相变的热力学及动力学影响，获得高质量的纯α相FAPbI3膜层。通过上述研究，为FAPbI3钙钛矿膜层大面积制备工艺建立了理论指导依据。
在大面积FAPbI3钙钛矿薄膜成膜技术的研究基础上，创新地提出了“原位固膜”大面积制备工艺。该工艺通过干法和湿法的结合可实现高质量钙钛矿薄膜的面积连续放大。研究干法气压、沉积速率、衬底温度等对骨架膜层形貌的影响规律；研究湿法工艺中溶液粘度、溶液表面能、液膜微尺度流体特性对快速涂布过程中薄膜均一性、缺陷、针孔等的影响，获得无针孔、低缺陷大面积钙钛矿薄膜的制膜技术。
（图注：用“原位固膜”法与一步溶液涂布法制备的钙钛矿膜层的性能对比，“原位固膜”法制备的膜层性能更优。）
（2）全无机上功能层SnO2沉积技术
研究在钙钛矿薄膜上制备SnO2电荷传输层的大面积制备工艺。研究溶液法及真空法沉积无机SnO2电荷传输层的成膜机理，研究两种技术路线对膜层形貌、Sn/O比、电荷传输性能的影响机制，确定沉积技术路线及高质量膜层技术参数；研究SnO2电荷传输层中掺氧比例对功能层迁移率、导电率、载流子浓度等的影响；研究不同沉积工艺的能量、气氛、退火温度等对下层钙钛矿膜层损伤的影响。通过上述研究，获得高质量、无损伤、高导电性能的无机上功能层，提高组件效率及稳定性，攻克目前难以在钙钛矿上制备高质量无机传输层，所制得器件效率、稳定性低的技术难题。
（3）大面积钙钛矿组件产线成套集成技术
研究大面积钙钛矿组件激光划刻技术，建立组件中子电池串联电阻的能量损耗模型，结合高选择性低损伤激光划刻技术，获得钙钛矿组件的最优几何结构设计；研究钙钛矿组件中侧面缓冲层制备工艺，研究不同缓冲层材料如金属氧化物、惰性金属和透明导电材料对组件稳定性的影响机制，提高器件稳定性。通过上述研究，获得高效率、高稳定性的大面积钙钛矿组件产线成套关键技术。
(图注:极电光能的钙钛矿光伏组件的效率及行业对标)
本项目通过“原位固膜”钙钛矿大面积成膜技术、无损伤功能层沉积技术的创新，实现了高效率、长寿命钙钛矿组件的产线工艺集成，通过原位固膜技术攻克了钙钛矿组件面积放大后，效率显著衰减的技术瓶颈，通过全无机功能层的无损伤沉积技术，攻克了钙钛矿组件易衰减的技术瓶颈，且该两项技术能够显著降低设备成本及材料成本，有效降低了钙钛矿组件的度电成本，最终获得了高效率、长耐久、低成本的新型光伏组件产品。
单位简介
无锡极电光能科技有限公司（简称“极电光能”）是全球领先的钙钛矿产业化技术开发企业，专注于钙钛矿光伏、光电及前驱体材料的产业化技术开发和应用。
极电光能非常注重自主创新和产业研发，公司研发团队由来自国内外高端专业技术人才组成，技术研发实力雄厚，在钙钛矿产业化上拥有自主开发和行业领先的核心创新技术。目前，极电光能已累计申请核心技术专利70余项，覆盖钙钛矿组件大面积制备、效率及稳定性提升，高性能钙钛矿量子点合成技术及应用等方面，其中发明专利占80%以上。
极电光能多次取得行业领先性的技术突破，是全球范围内率先实现大面积钙钛矿组件效率超过20%的企业。公司研发的63.98cm²钙钛矿光伏组件经国际权威测试机构JET检测认证，效率达到20.5%，是全球范围内大面积钙钛矿组件效率的最高纪录。被现代太阳能之父马丁-格林称为“里程碑式的成果”。
在产业化发展上，极电光能拥有完善的产品线和技术战略布局，并与多家上下游企业签订钙钛矿产业化战略合作。目前公司正在进行全球规模最大的150MW钙钛矿光伏组件试制线的建设，预计2022年建成投产。
【责任编辑：王长尧 】
