科技部助力钙钛矿电池

在现在的生活中，太阳能产品处处可见，人们用太阳能煮饭，还有太阳能热水器等等，无处不见太阳能产品，当然，最重要的还是太阳能发电，但是目前的技术并不能让人们很好利用太阳能发电。日前，科技部发布了《国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”等重点专项2019年度项目申报指南的通知》，按照国家重点研发计划组织管理的相关要求，将“可再生能源与氢能技术”等重点专项2019年度项目申报指南予以公布。

据悉，科技部此次将调拨4.38亿元经费，以支持相关技术的发展。而太阳能作为“可再生能源与氢能技术”重点专项技术方向之一，是此次专项技术研发的重中之重。

新型太阳电池为重点

根据通知，“可再生能源与氢能技术”重点专项包括太阳能、风能、生物质能、地热能与海洋能、氢能、可再生能源耦合与系统集成技术6个创新链(技术方向)。在这6个技术方向中，科技部将在2019年启动24～45个项目，拟安排国拨经费总概算约4.38亿元。

作为发展最为成熟、潜力最大的可再生能源技术之一，新型太阳电池成为了本次重点专项扶持的主要技术方向。

科技部在《“可再生能源与氢能技术”重点专项2019年度项目申报指南》中提到，新型太阳电池关键技术研发瞄准国际最前沿，支持全新概念的创新研究，通过新概念技术研究带动创新，引导太阳电池技术向国际并跑、领跑跨越方向发展，拟支持项目数为 3 项;除此之外，拟支持项目数均为 1~2 项。

由此可见，在六个技术方向中，新型太阳电池是重点扶持技术，这对太阳能发电的发展意义重大。在相关技术的进一步细分中，政策具体提到了新型电池的三个研究方向。

1. 高效稳定大面积钙钛矿太阳电池关键技术及成套技术研发(共性关键技术类)

研究内容：为探索大面积太阳电池制备技术，开展稳定大面积钙钛矿电池关键技术及成套技术研发。具体包括：大面积薄膜制备技术;大面积薄膜缺陷调控技术;大面积功能层界面结构和光电特性调控方法;大面积高效率高稳定性器件制备技术;组件精密切割与连接技术。

考核指标：解决大面积钙钛矿电池稳定性问题，获得稳定大面积钙钛矿电池关键技术及成套技术;大面积钙钛矿太阳电池效率≥19%(面积>20cm×20cm)，室温 25℃，AM1.5 光照 1000 小时后，效率衰减≤10%。

2.新结构太阳电池研究及测试平台(共性关键技术类)

研究内容：为了进一步推进非 PN 结激子型新型太阳电池的技术研发、完善电池的评估体系，建立成套具有普适性、规模化、集成化、智能化等特点，并兼顾这类新型太阳电池的多元化需要的公共研究平台。具体包括：关键材料模拟计算与器件仿真技术;新型太阳电池中普适性和差异性关键技术研究;新型太阳电池的关键制备设备及测试装备;系统开展新型太阳电池的光吸收特性、载流子传输特性以及表界面特性等光电性能测试技术研究;针对电池种类不同，实现器件结构、功能层以及器件工艺的统一，设计和制备相应的标准化电池。填补我国新型电池公共制备和测试平台的空白，成为国际权威的新型太阳电池测试认证平台。

考核指标：兼顾非 PN 结激子型新型太阳电池的产业化需要，立足于其多元化特征，建设这类新型太阳电池的公共研究平台;满足 3 种以上的新结构太阳电池的通用化制备、测试。

3.新型太阳电池关键技术研发(共性关键技术类)

研究内容：面向太阳电池多元化、高效率、低成本的需求，开展太阳电池的新原理、新概念、新材料以及新结构的研究工作。具体包括：太阳电池激子产生、分离、传输和复合的普适性原理;表界面钝化和修饰技术;新型宽光谱、高吸收效率的吸光材料设计及制备技术;高性能太阳电池的新结构、新工艺以及大面积制备技术。

考核指标：获得太阳电池普遍适用的新原理、新模型;获得高性能宽光谱吸光材料，可见光光吸收效率超过 90%以上，具备良好的激子分离和载流子表界面传输性能，突破传统太阳电池结构，获得新结构太阳电池;光电转换效率超过 10%(面积≥0.1cm 2 )，1000 小时光照后(光照条件：室温 25℃，AM1.5，光强 1000W/m 2 )，效率衰减≤10%。

直击产业技术痛点

了解光伏发电技术发展的业内人士应该清楚，科技部给出的三个重点研究方向都是行业发展的痛点。如果这三个方面的技术痛点解决了，对光伏发电的成本下降、效率提升、技术更新换代都会有积极影响。

首先从第一方面来看，作为第三代太阳能电池技术，钙钛矿太阳电池技术一直被视为未来可以取代晶硅电池的技术。而经过多年来的发展，钙钛矿太阳电池技术得到了极大的提升，光电转换效率不断突破，峰值已经接近于晶硅电池。加上钙钛矿太阳电池低成本的优势，其未来潜力不可限量。但尽管如此，钙钛矿太阳电池依然受到多个方面因素的限制，使得这类电池一直无法大范围商业化。

目前钙钛矿太阳电池面临的最主要的制约因素是“大面积”、“稳定性”。而此次针对钙钛矿太阳电池的专项扶持里提到，要解决大面积钙钛矿电池稳定性问题，获得稳定大面积钙钛矿电池关键技术及成套技术，核心就是要解决“大面积”、“稳定性”问题。而如果解决了这两项问题，钙钛矿太阳电池便可加速实现产业化，为光伏发电带来新的成本下降路径。

其次，从建立新结构太阳电池研究及测试平台来看，其对光伏电池技术有多重作用。一方面，随着太阳能电池技术的多元化发展，技术方向越来越多样，但是相关的设计、测试等标准却往往跟不上节奏，对新技术的发展极为不利。而有了这样一个针对新结构太阳电池的平台，将对相关技术形成支撑作用，让这些技术更快受到关注，其价值和潜力也会得到最为公正的评估。另一方面，该平台对非 PN 结激子型新型太阳电池有较为重大的意义。众所周知，目前的晶硅电池主要是通过内部的PN 结来实现太阳光到电能的转化。查询资料显示，激子型新型太阳电池是一种在提升电池内部“电子-空穴对”转换效率的技术，可以使得半导体吸收一个光子而产生多个激子，通过这种“多激子生成”相应提升太阳能电池的转换效率。据了解，激子型新型太阳电池还可以拥有更广的光吸收范围，能更有效地将长波光转换成可用电力。目前，相关的研究多数处于实验室阶段，但是相关研究非常具有潜力，一旦成熟，将为光伏发电带来一场效率革命。

最后，从新型太阳电池关键技术研发方面来看，其最主要的关键就是开展太阳电池的新原理、新概念、新材料以及新结构的研究工作，与前两项重点工作形成呼应。也与当下的光伏发电市场非常契合。目前，光伏电池越来越多样，光伏组件的种类也开始百花齐放，其中最深层次的原因还是在于工艺的进步以及光伏发电基础研究的进步。细看主要被支持的技术方向可以发现，几乎包括了所有的太阳能电池改进方向。

太阳电池发电原理：太阳电池激子产生、分离、传输和复合的普适性原理;

电池工艺：表界面钝化和修饰技术;

新型材料：新型宽光谱、高吸收效率的吸光材料设计及制备技术;

创新结构：高性能太阳电池的新结构、新工艺以及大面积制备技术。

观察可以发现，当前大热的双面、HJT、N型、黑硅、PERC等业内火热的技术改进及方向，无一都包括在里面。简而言之，只要是能够提升太阳电池效率，降低电池成本的技术和工艺，就可以受到支持。

总体来看，三个方面的支持都非常有针对性，瞄准了光伏行业最为前沿的技术发展。其中尤其对钙钛矿太阳电池的发展意义重大。

钙钛矿电池迎来机遇

近年来，钙钛矿电池在我国的发展堪称“飞速”，在国内几家企业的专注与努力之下，钙钛矿太阳电池与大规模商业化越来越近。

国内企业杭州纤纳光电科技有限公司在该领域深耕多年，并连续打破世界纪录。2017年，杭州纤纳光电三次打破世界纪录，将钙钛矿光伏组件效率的世界纪录从15.2%提升到17.4%。2018年7月，其钙钛矿小组件效率再创新高，达到17.9%，稳态功率输出效率达到17.3%。

作为钙钛矿太阳电池的主要推行者，杭州纤纳光电在2019年迎来重大机遇。2019年4月，三峡资本以战略投资者身份注资纤纳光电。双方将结合各自在行业内的专长，积极探索钙钛矿光伏技术在各个领域的可能性。

协鑫在SNEC2019展出的钙钛矿组件

作为极具潜力的太阳电池，不止杭州纤纳光电一家企业看到了钙钛矿电池的潜力。2019年2月，协鑫集团旗下的苏州协鑫纳米科技有限公司(简称协鑫纳米)发布了其在钙钛矿光伏组件技术方面的突破性进展。协鑫纳米已经率先建成10MW级别大面积钙钛矿组件中试生产线，完成了相关材料合成及制造工艺的开发，并已开始100MW量产生产线的建设工作，计划于2020年实现钙钛矿光伏组件的商业化生产。据悉，协鑫纳米的10MW中试生产线所制造的钙钛矿光伏组件尺寸为45cm*65cm，光电转化效率达到15.3%。这是全世界范围内最大面积的钙钛矿光伏组件，也是大面积钙钛矿组件效率的最高数值。

尽管钙钛矿已经吸引了国内多家企业的争相布局，但是其大面积制备以及稳定性一直是限制其发展的首要因素。而科技部此次针对这一痛点，立志解决大面积钙钛矿电池稳定性问题，有望加速钙钛矿电池大规模商业化进程，为光伏发电成本下降作出贡献。相信再过几年到几十年，当人类利用太阳能的技术很成熟的时候，这样就有了无穷尽的能源供给社会的使用，再当下就需要研究者更加努力研究新技术。