邊文越 李國(guó)鵬 周秋菊

（中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢(xún)研究院，北京 100190）

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以鈣鈦礦材料作為吸光層的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率從2009年首次報(bào)道時(shí)的3.8%，到2018年已經(jīng)突破了23%。2013年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被《科學(xué)》雜志評(píng)為年度十大突破之一［1］；2016年，又被“世界經(jīng)濟(jì)論壇”評(píng)為當(dāng)年十大新興技術(shù)之一［2］。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)主要有三點(diǎn)：鈣鈦礦材料來(lái)源豐富、成本低；光電轉(zhuǎn)換效率高、易于制造；可與硅太陽(yáng)能電池形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更高效率。同時(shí)，其面臨的主要挑戰(zhàn)也有三點(diǎn)：穩(wěn)定性差（受水分、氧氣、熱、紫外線影響）；含有毒物質(zhì)鉛；可放大、可重復(fù)的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備過(guò)程存在困難［3］。

如表1所示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究主要集中在各種新型電池設(shè)計(jì)以及鈣鈦礦吸光層材料、電子傳輸材料、空穴傳輸材料等基礎(chǔ)研究方向。特別值得注意的是，“鈣鈦礦薄膜大面積制備”“鈣鈦礦薄膜高質(zhì)量成膜及缺陷修復(fù)”等涉及鈣鈦礦材料大規(guī)模高質(zhì)量制備的方向已成為研究前沿，說(shuō)明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究正在從實(shí)驗(yàn)室向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化方向邁進(jìn)。

表1 ESI數(shù)據(jù)庫(kù)中的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究前沿1）Tab.1 Research fronts of perovskite solar cells in the ESI database1）

1 各國(guó)戰(zhàn)略舉措

為了盡快將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室推向?qū)嵱没?，美?guó)、歐盟、日本和我國(guó)采取了一系列戰(zhàn)略舉措。

1.1 美國(guó)

1.1.1 戰(zhàn)略規(guī)劃

2011年2月，美國(guó)能源部發(fā)起Sunshot重大挑戰(zhàn)計(jì)劃，旨在通過(guò)提供從研發(fā)、制造到市場(chǎng)化的全面解決方案，加速太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在全美的廣泛部署，實(shí)現(xiàn)2020年太陽(yáng)能發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)目標(biāo)，即大型光伏系統(tǒng)平準(zhǔn)化電力成本降至6美分/千瓦時(shí)（表2）。2017年，該目標(biāo)提前實(shí)現(xiàn)，新的目標(biāo)是到2030年將大型光伏系統(tǒng)發(fā)電成本再降低一半［4］。

表2 美國(guó)能源部Sunshot重大挑戰(zhàn)計(jì)劃Tab.2 The SunShot grand challenge of the U.S.Department of Energy

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)，成為Sunshot計(jì)劃支持的研究方向之一。沿著從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開(kāi)發(fā)整個(gè)創(chuàng)新鏈條，美國(guó)能源部通過(guò)一系列項(xiàng)目部署、多種協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。

1.1.2 項(xiàng)目部署

對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究，美國(guó)能源部2014年在第三輪“下一代光伏技術(shù)”項(xiàng)目中首次資助了 5項(xiàng)［5］；2016年，在“國(guó)家實(shí)驗(yàn)室多年合作”項(xiàng)目中資助了 2項(xiàng)［6］（表 3）；2016—2017年，連續(xù)兩年在“光伏研究和開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目中提供支持［7］；2017年，在第三輪“技術(shù)到市場(chǎng)”項(xiàng)目中支持了1項(xiàng)［8］（表4）。通過(guò)這四類(lèi)項(xiàng)目，能源部圍繞鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)用化部署了提高電池效率、替代鉛、提高穩(wěn)定性、研究降解機(jī)制、開(kāi)發(fā)新材料等一系列基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，特別是投資發(fā)展低成本、高速卷對(duì)卷生產(chǎn)工藝，表明了其積極推動(dòng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)。

表3 美國(guó)能源部“下一代光伏技術(shù)”和“國(guó)家實(shí)驗(yàn)室多年合作”項(xiàng)目資助的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究Tab.3 Projects related to perovskite solar cells in“next generation photovoltaics”and“SunShot national laboratory multiyear partnership”programs from the U.S.Department of Energy

表4 “光伏研究和開(kāi)發(fā)”和“技術(shù)到市場(chǎng)”項(xiàng)目資助的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究Tab.4 Projects related to perovskite solar cells in“photovoltaic research and development”and“technology to market”programs

1.1.3 協(xié)同創(chuàng)新

美國(guó)能源部通過(guò)多種協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究和實(shí)用化。在這些機(jī)制中，既有側(cè)重基礎(chǔ)研究的能源前沿研究中心、能源材料網(wǎng)絡(luò)，也有側(cè)重應(yīng)用開(kāi)發(fā)的區(qū)域創(chuàng)新聯(lián)盟、工程研究中心。雖然各有側(cè)重，但這些協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制都是通過(guò)構(gòu)建包括大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)在內(nèi)的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟來(lái)推動(dòng)研究進(jìn)步和實(shí)用化。

能源前沿研究中心是由來(lái)自美國(guó)大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、非盈利研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)甚至海外研究機(jī)構(gòu)的研究人員組成的跨學(xué)科、跨機(jī)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)，主要從事基礎(chǔ)研究。由能源部提供資金，第一輪（2009—2014）資助了 46個(gè)，第二輪（2014—2018）資助了36個(gè)，第三輪（2018—2022）資助了42個(gè)。其中，至少有2個(gè)研究中心涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究［9］（表 5）。

能源材料網(wǎng)絡(luò)是以國(guó)家實(shí)驗(yàn)室為核心，圍繞先進(jìn)材料研發(fā)組成的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、高校、企業(yè)研究聯(lián)盟，用以加快研發(fā)進(jìn)程，縮短先進(jìn)材料進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。當(dāng)前共有7家聯(lián)盟，每個(gè)聯(lián)盟關(guān)注一類(lèi)先進(jìn)材料。2016年9月，能源部宣布設(shè)立光伏模塊耐用材料聯(lián)盟，計(jì)劃在此后五年投入3000萬(wàn)美元。該聯(lián)盟由國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室牽頭，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室參與，旨在研究耐用的高性能光伏模塊新材料，以實(shí)現(xiàn)平準(zhǔn)化電力成本3美分/千瓦時(shí)目標(biāo)［10］。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是其研究方向之一。

表5 從事鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的能源前沿研究中心Tab.5 Energy frontier research centers related to perovskite solar cells

2011—2016年，能源部投資2500萬(wàn)美元設(shè)立了舊金山灣區(qū)光伏聯(lián)盟（現(xiàn)仍在運(yùn)行）。該聯(lián)盟由斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校牽頭，工業(yè)合作伙伴包括通用電氣、杜邦、Sunpower、道達(dá)爾、意大利國(guó)家電力公司、FirstSolar、Alta Deviecs、Siva Power等。聯(lián)盟與工業(yè)界密切合作，由工業(yè)委員會(huì)確定研究?jī)?yōu)先方向和范圍，面向大學(xué)招標(biāo)，由工業(yè)委員會(huì)評(píng)審申請(qǐng)書(shū)，以確保研究方向與工業(yè)需求緊密配合。在聯(lián)盟五大研究方向中，3個(gè)（高性能和多結(jié)太陽(yáng)能電池、薄膜吸光層和薄膜太陽(yáng)能電池、封裝和可靠性）都涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究［11］。

2011年，能源部和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)聯(lián)合成立“量子能量和可持續(xù)太陽(yáng)能技術(shù)”工程研究中心，雙方已累計(jì)投入4777萬(wàn)美元，用于支持中心直到2019年的研究項(xiàng)目。該中心由亞利桑那州立大學(xué)牽頭，合作對(duì)象包括麻省理工學(xué)院、特拉華大學(xué)、加州理工學(xué)院、新墨西哥大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院、亞利桑那大學(xué)、休斯頓大學(xué)、日本東京大學(xué)、澳大利亞新南威爾士大學(xué)、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院等海內(nèi)外高校以及40多家企業(yè)。中心設(shè)有三大研究方向，其中之一是硅串聯(lián)電池，目標(biāo)是到2030年頂電池/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池模塊效率大于30%，制造成本低于每平米100美元。鈣鈦礦/硅串聯(lián)結(jié)構(gòu)是該方向技術(shù)路線之一［12］。

1.1.4 發(fā)展方向

2017年6月，能源部發(fā)布《光伏創(chuàng)新路線圖》意見(jiàn)征集，向利益相關(guān)方（學(xué)界和商界）征集鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)用化面臨的最重要挑戰(zhàn)和發(fā)展方向，得到的反饋包括成本、穩(wěn)定性、效率、環(huán)保等一系列問(wèn)題，未來(lái)發(fā)展方向包括總封裝成本小于5美元/平米、使用壽命至少25年、年降解率降至0.2%、串聯(lián)結(jié)構(gòu)光電效率大于30%、鉛減少一半或全部取代等（表 6）［13］。

1.2 歐盟

1.2.1 “地平線2020”計(jì)劃

歐盟自2013年起在“第七框架”計(jì)劃下資助鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究，2014年起在“地平線2020”計(jì)劃下繼續(xù)資助。截至2018年10月，“地平線2020”計(jì)劃已資助相關(guān)研究28項(xiàng)，累計(jì)投入3638萬(wàn)歐元（圖1）。在項(xiàng)目數(shù)量方面，英國(guó)（9項(xiàng)）、西班牙（6項(xiàng)）、瑞士（6項(xiàng)）排名前三，且優(yōu)勢(shì)明顯；在資助金額占比方面，瑞士（16.1%）明顯落后西班牙（25.8%），位居第三位，且與排第四的比利時(shí)（14.9%）相差不大。通常認(rèn)為在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究方面，英國(guó)和瑞士在歐洲范圍居于領(lǐng)先，然而上述分析說(shuō)明歐洲還有更多的國(guó)家和機(jī)構(gòu)值得關(guān)注。表7列出了資助金額在200萬(wàn)歐元以上的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究項(xiàng)目。從中可以看出，歐盟正在大力推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)用化，積極研發(fā)具有高效、耐用特征的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)技術(shù)。

表6 《光伏創(chuàng)新路線圖》意見(jiàn)征集反饋（鈣鈦礦太陽(yáng)能電池部分）Tab.6 Responses related to perovskite solar cells to“photovoltaics innovation roadmap request for information”

圖1 “地平線2020”計(jì)劃鈣鈦礦太陽(yáng)能電池項(xiàng)目分布Fig.1 Distribution of projects related to perovskite solar cells in the“Horizon 2020”program

表7 “地平線2020”計(jì)劃資助的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究重大項(xiàng)目Tab.7 Major projects related to perovskite solar cells in the“Horizon 2020”programs

1.2.2 區(qū)域創(chuàng)新

薄膜光伏研究聯(lián)盟Solliance成立于2010年，是一個(gè)由荷蘭、比利時(shí)、德國(guó)研究機(jī)構(gòu)為主體的跨國(guó)組織，研究隊(duì)伍超過(guò)250人，致力于使該地區(qū)成為光伏領(lǐng)域一支重要研究力量。核心成員包括比利時(shí)微電子研究中心、荷蘭國(guó)家應(yīng)用科學(xué)研究院、Holst研究中心、荷蘭能源研究中心、荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)、德國(guó)于利希研究中心、比利時(shí)哈塞爾特大學(xué)、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)。合作伙伴有荷蘭殼牌公司、澳大利亞Greatcell Solar公司、俄羅斯Solartek公司、日本松下公司、中國(guó)漢能等多個(gè)區(qū)域內(nèi)外企業(yè)。

Solliance在荷蘭埃因霍芬建有獨(dú)立的研究大樓，配備了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)生產(chǎn)設(shè)施。Solliance的三大研究方向之一就是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，目前與澳大利亞Greatcell Solar公司、俄羅斯Solartek公司、日本松下公司正在合作研究通過(guò)卷對(duì)卷技術(shù)生產(chǎn)大面積、低成本、高效率、長(zhǎng)壽命鈣鈦礦材料，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池走向市場(chǎng)；同時(shí)，還在研究鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池和半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池［14］。

1.3 日本

1.3.1 戰(zhàn)略規(guī)劃

新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）是日本最大的公立研發(fā)管理機(jī)構(gòu)，是以解決能源、環(huán)境問(wèn)題和發(fā)展產(chǎn)業(yè)技術(shù)為目標(biāo)的國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人，在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省與大學(xué)、產(chǎn)業(yè)界、研究機(jī)構(gòu)之間起到橋梁作用。2004年，NEDO發(fā)布《光伏發(fā)電路線圖》，提出了2010、2020和2030年光伏發(fā)電成本目標(biāo)和光電效率目標(biāo)［15］（表8）；2009年6月，發(fā)布路線圖修訂版，重申2020和2030年光伏發(fā)電成本目標(biāo)，上調(diào)光電效率目標(biāo)，新增2050年光伏發(fā)電成本目標(biāo)和光電效率目標(biāo)［16］；2014年9月，發(fā)布《光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略》，再次重申2020和2030年光伏發(fā)電成本指標(biāo)，并再次上調(diào)光電效率目標(biāo)。作為日本最新的光伏發(fā)電技術(shù)開(kāi)發(fā)指南，《光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略》首次納入鈣鈦礦太陽(yáng)能電池［17］。

1.3.2 項(xiàng)目部署

2015年，NEDO設(shè)立“高性能/高可靠性光伏發(fā)電成本降低技術(shù)”研發(fā)項(xiàng)目，2015—2017年累計(jì)投入137.67億日元，2018年預(yù)算46億日元。項(xiàng)目包括6個(gè)子課題，其中，子課題2“研發(fā)革新的新結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池”設(shè)立了面向鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的“研發(fā)革新的低制造成本太陽(yáng)能電池”專(zhuān)項(xiàng)。通過(guò)推動(dòng)新結(jié)構(gòu)和新材料的研發(fā)，該專(zhuān)項(xiàng)旨在驗(yàn)證新概念制造設(shè)備、可靠性保障技術(shù)、發(fā)電原理，建立高度可靠的性能評(píng)估技術(shù)，進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能。參與機(jī)構(gòu)包括松下公司、東芝公司、積水化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、愛(ài)信精機(jī)株式會(huì)社、富士公司、早稻田大學(xué)、東京大學(xué)等［18］。

表8 日本光伏發(fā)電目標(biāo)Tab.8 Japan photovoltaic development goals

1.4 中國(guó)

1.4.1 戰(zhàn)略規(guī)劃

2016年3月，國(guó)家發(fā)改委與國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》，提出“新型高效太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”創(chuàng)新行動(dòng)。行動(dòng)要求“研發(fā)鐵電-半導(dǎo)體耦合電池、鈣鈦礦電池及鈣鈦礦/晶體硅疊層電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)、工藝及設(shè)備，建立電池組件生產(chǎn)及應(yīng)用示范線，建成產(chǎn)能≥2MWp的中試生產(chǎn)線，組件平均效率各為≥14%、≥15%、≥21%。探索新型高效太陽(yáng)能電池技術(shù)，探索研發(fā)更高效、更低成本的鐵電-半導(dǎo)體耦合電池、鐵電-半導(dǎo)體耦合/晶體硅疊層電池、鈣鈦礦電池、染料敏化電池、有機(jī)電池、量子點(diǎn)電池、新型疊層電池、硒化銻電池、銅鋅錫硫電池和三五（III-V）族納米線電池等電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)至少一種電池達(dá)到世界最高效率”［19］。

2016年11月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出加強(qiáng)鈣鈦礦等新型高效低成本太陽(yáng)能電池技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)高效低成本太陽(yáng)能利用新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)化［20］。

1.4.2 項(xiàng)目部署

2012年，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)啟動(dòng)“面向能源的光電轉(zhuǎn)換材料”重大研究計(jì)劃，并在2014年的資助指南中專(zhuān)門(mén)提出：擬在“鈣鈦礦型太陽(yáng)電池”領(lǐng)域，圍繞“鈣鈦礦型太陽(yáng)電池”的新材料、機(jī)理、效率、器件工藝及穩(wěn)定性等方面以培育項(xiàng)目與重點(diǎn)支持項(xiàng)目的形式予以資助并形成子項(xiàng)目群；2016—2017年，連續(xù)兩年將“面向光伏和發(fā)光應(yīng)用的鈣鈦礦材料與器件”列為唯一重點(diǎn)資助研究方向；2018年，重點(diǎn)資助“印刷有機(jī)電子關(guān)鍵共性技術(shù)與核心材料體系”等五個(gè)方向［21］。此外，基金委還于2017年啟動(dòng)“鈣鈦礦材料多功能原理及其耦合新效應(yīng)”重大項(xiàng)目。

2015年，科技部“納米研究”重大科學(xué)研究計(jì)劃資助了“鈣鈦礦型太陽(yáng)電池的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，項(xiàng)目首席科學(xué)家為時(shí)任南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)的黃維院士。

此外，地方政府也部署了一些項(xiàng)目。例如，2014年4月，北京市政府發(fā)布實(shí)施《北京技術(shù)創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2014—2017年）》，通過(guò)“面向未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新與輻射帶動(dòng)”專(zhuān)項(xiàng)部署了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究［22］。

2 研究進(jìn)展

美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《最佳研究單元效率表》和德國(guó)Wiley出版社Progress in Photovoltaics：Research and Applications雜志發(fā)布的《太陽(yáng)能電池效率紀(jì)錄表》是光伏領(lǐng)域光電效率紀(jì)錄的兩大權(quán)威發(fā)布平臺(tái)。

根據(jù)2018年12月21日發(fā)布的《最佳研究單元效率表》，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到23.7%，由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所創(chuàng)造［23］。而上一個(gè)紀(jì)錄23.3%（2018年7月17日發(fā)布）同樣由半導(dǎo)體所創(chuàng)造。在這條快速上升、競(jìng)爭(zhēng)激烈的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池紀(jì)錄曲線上，2018年首次出現(xiàn)中國(guó)研究機(jī)構(gòu)的名字，并且連續(xù)兩次登上最高點(diǎn)。

而根據(jù)2018年12月25日發(fā)布的第53版《太陽(yáng)能電池效率紀(jì)錄表》（表9），鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的認(rèn)證紀(jì)錄為20.9%，來(lái)自韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所。中科院半導(dǎo)體研究所創(chuàng)造的23.7%沒(méi)有被認(rèn)證為紀(jì)錄，但以“顯著例外”（notable exception）的形式也記錄在列。鈣鈦礦/硅、鈣鈦礦/銅銦鎵硒串聯(lián)電池的光電轉(zhuǎn)換效率也分別達(dá)到27.3%和22.4%。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)用化方面，中國(guó)和日本分別取得了小模塊和大模塊光電效率紀(jì)錄。中國(guó)杭州纖納光電科技有限公司在19.277平方厘米小模塊上將穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率提升至17.25%。日本東芝公司利用彎月面涂布技術(shù)，制備出面積高達(dá)703和802平方厘米的全球最大鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了11.7%和11.6%［24］；下一步將開(kāi)發(fā)更大尺寸（900平方厘米）薄膜制備工藝，同時(shí)改進(jìn)鈣鈦礦材料，進(jìn)一步提升光電效率和穩(wěn)定性，盡快實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)用化。

表9 太陽(yáng)能電池效率紀(jì)錄表（第53版，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池部分）Tab.9 Solar cell efficiency tables（version 53，perovskite solar cells）

此外，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性也取得重要突破。在光照1千瓦/平方米（過(guò)濾紫外光）、溫度55℃條件下，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)的電池模塊穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)，相當(dāng)于在歐洲大多數(shù)地區(qū)戶外使用10年［25］。

3 總結(jié)與建議

綜合來(lái)看，美國(guó)、歐盟、日本和我國(guó)等國(guó)家或地區(qū)都重視鈣鈦礦太陽(yáng)能電池這一新興技術(shù)，積極部署基礎(chǔ)研究，推動(dòng)實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。在基礎(chǔ)研究方面，各國(guó)研究項(xiàng)目大都圍繞新材料、機(jī)理、效率、穩(wěn)定性、環(huán)保等方面展開(kāi)；在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化方面，各國(guó)都積極發(fā)展卷對(duì)卷技術(shù)等大規(guī)模印刷制備工藝；在研發(fā)組織機(jī)制方面，各國(guó)都采取了產(chǎn)學(xué)研緊密合作的研發(fā)模式。

從產(chǎn)出成果來(lái)看，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)研究方面，我國(guó)已經(jīng)后來(lái)居上，接連創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)室研究單元效率紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》提出的“至少一種電池達(dá)到世界最高效率”目標(biāo)。然而，在包括鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在內(nèi)的薄膜光伏電池印刷制備工藝技術(shù)方面，我國(guó)同領(lǐng)先國(guó)家還有較大的差距。美、日、歐等國(guó)家或地區(qū)已經(jīng)建立了較為成熟的大面積柔性薄膜光伏電池制備技術(shù)。我國(guó)在這方面的研究團(tuán)隊(duì)相對(duì)較少，相關(guān)技術(shù)積累還有較大的不足。

必須指出的是，雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究如火如荼，但其距離實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化還有不少阻礙需要克服。第一，雖然研究單元效率超過(guò)23%，但實(shí)用模塊效率仍然較低；第二，至今仍是《最佳研究單元效率表》中唯一被標(biāo)識(shí)為“不穩(wěn)定”的電池；第三，雖然鈣鈦礦材料成本低，但組成電池的其他材料（如空穴傳輸材料）價(jià)格昂貴；第四，鉛引發(fā)的環(huán)保問(wèn)題；第五，大規(guī)模高質(zhì)量薄膜制備技術(shù)仍需探索。

基于以上分析，本文對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以及鈣鈦礦材料發(fā)展提出三點(diǎn)建議。

1）理性看待鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化。雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究火熱、進(jìn)展很快，但短期內(nèi)不會(huì)對(duì)傳統(tǒng)光伏格局帶來(lái)明顯沖擊。一方面，制約鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化的規(guī)?；a(chǎn)、成本、壽命、環(huán)保等因素還沒(méi)有徹底解決；另一方面，薄膜電池在整個(gè)光伏市場(chǎng)中占比很低，不足5%，同時(shí)已商業(yè)化的光伏電池也一直保持高度的研究活力。

2）積極發(fā)展大面積柔性薄膜光伏制備技術(shù)。該技術(shù)是有機(jī)及鈣鈦礦薄膜光伏電池印刷制備的關(guān)鍵共性技術(shù)，也是我國(guó)相對(duì)落后的技術(shù)環(huán)節(jié)，制約了我國(guó)將先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)率先轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。建議我國(guó)通過(guò)重大任務(wù)、重大專(zhuān)項(xiàng)，部署高校、科研院所、企業(yè)等相關(guān)研究力量發(fā)展該技術(shù)。

3）積極發(fā)展鈣鈦礦材料。具有電、磁、光等多功能耦合的鈣鈦礦新體系，在信息存儲(chǔ)與信息安全以及光能源轉(zhuǎn)換等方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可望為信息、能源、催化等領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)重大突破。目前，鈣鈦礦的應(yīng)用研究仍顯單一，建議積極發(fā)展面向晶體管和集成電路、激光器、LED、光探測(cè)器、催化等應(yīng)用的新型鈣鈦礦材料。