2）钙钛矿电池因其光电转换层使用钙钛矿结构的材料而得名，指通用化学式为 ABX3 的一 类材料。在 ABX3 晶体中，BX6 构成正八面体，BX6 之间通过共用顶点 X 连接,构成三 维骨架，A 嵌入八面体间隙中使晶体结构得以稳定。其中 A 为大半径的一价阳离子（如 甲胺阳离子 MA+、甲脒阳离子 FA+、铯离子 Cs+等），B 为小半径的二价阳离子（如亚铅 离子 Pb2+、亚锡离子 Sn2+、亚锗离子 Ge2+等），X 通常为卤素阴离子（如氟离子 F-，氯 离子 Cl-，溴离子 Br-，碘离子 I-等）。常见的钙钛矿材料主要有 FAPbI3、MAPbI3 等。
3）钙钛矿具有轻质、柔性、弱光性高等特点，下游应用场景广阔。
（1）光伏建筑一体化（BIPV）， 钙钛矿可以做到自然半透，同时颜色可调，因此既可以作为发电幕墙，也可以用于发电 石材。
（2）车顶光伏，汽车对面积及重量相对敏感，轻质的钙钛矿组件是理想的材料之 一。
（3）移动设备和电子产品，钙钛矿低温即可制备，可制成柔性器件，应用于可穿戴 电子产品的移动电源。
（4）联网传感器，钙钛矿的弱光发电性能好，可以在室内弱光条 件下为物联网传感器提供可靠稳定的电力来源，让物联网更加轻量化也更可靠。
（5）大 型地面电站及分布式光伏，钙钛矿理论转换效率高，且可以与晶硅电池叠层实现更高转 换效率，未来在光伏电站场景具有较大发展潜力。
3、工作原理与晶硅电池类似，材料体系灵活可设计性强
1）钙钛矿太阳电池通常由导电基底（ITO/FTO）、电子传输层（ETL）、钙钛矿光吸收层、 空穴传输层（HTL）以及金属电极组成。当太阳光入射到电池表面时，钙钛矿材料吸收 太阳光，能量大于吸收层材料禁带宽度的光子被其吸收，钙钛矿材料内部的电子由基态 转变为激发态，在材料内部形成光生空穴和光生电子，光生电子被电子传输层吸收传至 阴极，进入外电路，而光生空穴被传输至阳极，再进入外电路与光生电子汇合，形成闭 合回路产生电流。
2）常见的钙钛矿太阳能电池有正式介孔结构、正式平面结构、反式平面结构。按照电荷的 传输方向钙钛矿太阳能电池可以分为 n-i-p 结构（正式结构）和 p-i-n 结构（反式结构）， 按照传输层的结构不同可以分为介孔结构和平面结构。正式介孔结构的电子传输层材料 需要高温烧结，耗能较高的同时也在一定程度上限制了其柔性基底的选择。相较于介孔 结构，平面结构具有制备工艺简单、开路电压更高等优势，更适用于柔性电池、叠层电 池和大面积电池的发展。一般情况下，采用正式结构通常具有更高的转换效率，采用反 式结构则表现出更优秀的长期稳定性。
3）钙钛矿电池材料体系灵活，具有可设计性。每种太阳能电池的活性层材料不同，对应的 带隙不同，对太阳光谱的响应范围存在差异，如晶硅的带隙约 1.12eV，砷化镓（GaAs） 的带隙约 1.4Ev，钙钛矿材料 MAPbI3 的带隙约为 1.55eV。钙钛矿电池吸收层中 A、B、 X 元素的配比可以灵活调整，可对应调整钙钛矿材料的带隙，寻找与最佳带隙契合且稳 定的钙钛矿材料仍然是未来研发的重点方向之一。钙钛矿材料的可设计性为优化光电转 换效率、提高稳定性和适应不同应用场景提供了广泛的空间。
4）除钙钛矿吸收层的材料可设计外，电子传输层、空穴传输层、电极层和导电层材料同样 有较多选择。
（1）导电层：基材一般为柔性材料、玻璃等，并通过物理或化学镀膜方法均匀的镀一层 导电氧化物。如 ITO 导电玻璃表面镀层是氧化铟锡，FTO 导电玻璃表面镀层是氟掺杂氧 化锡。
（2）电子传输层（ETL）：常见材料有金属氧化物和有机材料，如 TiO2、ZnO、SnO2、 富勒烯 C60 及其衍生物 PC61BM、苝酰亚胺（PDIs）类和萘酰亚胺类（NDIs）等。高质 量的富勒烯及其衍生物薄膜可以在低温溶液中制备；苝酰亚胺类材料合成价格相对便宜； 金属氧化物材料可以通过低温工艺制备，过程简单且易于大规模制备。
（3）钙钛矿吸光层：基础材料为钙钛矿前驱液，由碱金属卤化物钙钛矿和有机金属卤化 物钙钛矿组成。如有机金属三卤化物 CH3NH3PbX3（其中 X=Cl\Br\I），其中 CH3NH3PbI3 （铅碘甲胺）最为常见。制作金属卤化物钙钛矿所需的原材料储量丰富，成本低廉，配 置前驱液的工艺相对简单，对溶液纯度以及后续加工环境没有过高的要求。
（4）空穴传输层（HTL）：空穴传输层材料分为三类，导电聚合物、有机小分子材料和 无机半导体材料。较为经典的有机空穴传输材料为 spiro-OMeTAD 及其改性材料。常见 的聚合物材料有 PEDOT:PSS，具有高热稳定性、良好的加工性和机械柔韧性、透光率高 的特性。常见的无机半导体材料有 CuI、CuSCN 等，无机空穴传输材料，合成简单，成 本较低。
（5）电极层：一般使用银、铜等金属电极，或金属氧化物等作为电极层材料。
4、叠层电池光谱响应范围更宽，进一步打开转换效率的天花板：两端（2-T）集成一体以及四端（4-T）机械堆叠是目前关注度较高的两类叠层结构。双 结叠层电池按连接方式可分为两端(2-T)叠层、三端(3-T)叠层和四端(4-T)叠层结构，按堆 叠方式可分为集成一体结构和机械堆叠结构。其中四端（4-T）机械堆叠结构引入了两个 完整的子电池，简单机械堆叠上下并联，各有两个电极，电路相互独立，整体一共四个 电极；但由于器件整体功能层较多，会产生多种吸光损失。两端（2-T）集成一体结构是 在电池制作时通过中间复合层或隧穿层实现叠层串联，形成一个完整的电池，整体一共 两个电极，可以极大地降低非活性层的寄生吸收，提高器件的光子利用率，具有较高的 效率潜力；但由于晶硅是绒面，在绒面上难以镀膜，两端叠层生产难度较大。
5、钙钛矿电池目前正处于快速成长期，转换效率不断突破：第一块钙钛矿太阳能电池器件于 2009 年问世，历经多年发展转换效率迅速跃升。2009 年，日本科学家 Kojima 和 Miyasaka 将钙钛矿这种材料应用到染料敏化太阳能电池中， 实现了 3.8%的光电转换效率，制备出全球第一个具有光电转换效率的钙钛矿太阳能电池 器件。此后，钙钛矿电池迅速发展，转换效率不断突破跃升，2012 年-2018 年，仅六年左 右时间钙钛矿电池效率提升超过 10pct。 目前，钙钛矿正处于快速成长期，电池效率仍不断被刷新。据 NREL 效率纪录，单结钙 钛矿电池方面，2023 年 7 月，美国西北大学和加拿大多伦多大学共同创造了钙钛矿电池 稳态效率的认证世界纪录 26.1%。叠层钙钛矿电池方面，2023 年 11 月，隆基绿能自主研 发晶硅-钙钛矿叠层电池效率达到 33.9%，是目前全球晶硅-钙钛矿叠层电池效率的最高纪 录。
6、钙钛矿制备工艺暂未标准化，镀膜及涂布为核心设备：钙钛矿生产的工艺流程主要包括薄膜制备、激光刻蚀、封装等步骤。以协鑫光电的单结 钙钛矿组件生产流程为例，包含导电玻璃清洗、P1 激光划刻、沉积空穴传输层、沉积钙 钛矿层、沉积电子传输层、P2 激光划刻、沉积背电极、P3 激光划刻、P4 激光清边、检测 分拣和封装等步骤。 钙钛矿生产过程中涉及的设备主要有镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等四大 类。镀膜设备包括 PVD（磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积）、RPD（等离子沉积）、ALD （原子层沉积）、CVD（化学气相沉积）等；涂布设备包括狭缝涂布、刮刀涂布等；激光 设备包括刻蚀、切割、清边等。其中镀膜设备主要用于制备空穴传输层、电子传输层、背电极；涂布设备主要用于制备 钙钛矿吸收层；激光设备主要用于激光划线，阻断导通，以形成电池的串联结构。
1）钙钛矿层制备的主流工艺为狭缝涂布，蒸镀发展潜力大：钙钛矿电池最重要的部分是钙钛矿吸收层，其成膜质量直接决定了钙钛矿电池的性能。 目前，钙钛矿层制备方法主要包括一步溶液沉积法（湿法）、两步溶液沉积法（湿法）、气 相溶液辅助沉积（干湿法结合）和双源气相沉积（干法）等。干法与湿法工艺各有优劣 势，从目前的产业实践来看，湿法工艺的经济性更好，干法工艺可以获得质量更高的钙 钛矿层，各企业在质量与经济性之间权衡，最终方案暂未定型。
两步溶液沉积法性价比更高，从设备工艺来看，狭缝涂布是目前产业主流。溶液法制备 钙钛矿薄膜操作简单，可以实现较好的涂布成膜效果，应用前景广阔；其中两步法相较 于一步法制备的钙钛矿层在表面形貌和平整度方面均有改善，性价比更高。按设备工艺 分类，主要有刮刀涂布、狭缝涂布、丝网印刷、喷涂、喷墨打印法等。
（1）刮刀涂布：刮刀涂布法是利用刮刀将钙钛矿前驱体溶液分散到基底上，所制备钙钛 矿薄膜的厚度由前驱体溶液浓度、刮板与基底缝隙宽度和刮涂的速度决定。
（2）狭缝涂布：可以通过控制系统进行狭缝宽度、移动速度和输液速度的调整，对薄膜 质量进行更精细化调控，涂布头在制备过程中与基底无直接接触，可以避免由于基底平 整度不好而导致直接刮蹭。此外，狭缝涂布法可以将溶液密封在储液罐中，提高溶液利 用率的同时，也能保证溶液浓度的统一和减少对操作人员的影响。
（3）丝网印刷：丝网印刷法是通过丝网的数目和厚度调整制备薄膜的厚度，对丝网制备 要求较高。
（4）喷涂及喷墨打印：通过在喷头内部施加压力的方法将钙钛矿前驱体溶液从喷头内挤 出并在基底上成膜的技术。喷涂法中常用的喷头有高压气喷头和超声喷头等。与喷涂法 不同，喷墨打印法利用喷头内部压电材料形变将溶液挤出，按照预设程序进行相对运动， 可以按要求制备不同图案，避免了制版的过程，提高了钙钛矿原料的利用率。 真空蒸镀成膜质量高，更适用于叠层电池，未来发展潜力大。也有部分厂商采用蒸镀的 方式制作钙钛矿层，由于工艺较为复杂，目前设备较为昂贵，材料利用率相较溶液法更 低。但蒸镀法制备的钙钛矿层表面覆盖率高，成膜质量更好，更适用于叠层电池。随着 蒸镀工艺的成熟以及降本的持续推进，一步共蒸技术有望成为未来主流。
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