钙钛矿

韩礼元教授长期在工业界和学术界致力于新一代太阳电池的研发，率团队多次打破新型太阳电池效率世界纪录，取得了首个1cm2的钙钛矿太阳电池器件的认证效率和首个钙钛矿组件的认证效率。

III钙钛矿组件度电成本分析

II钙钛矿组件的制造成本和灵敏度分析

为了使钙钛矿组件的成本低于晶硅组件的成本，在情景1和情景2中，材料成本分别需要降低80%和60%。

如图1所示，我们选择了在中国钙钛矿光伏公100兆瓦的生产线中广泛应用的反式钙钛矿组件作为成本分析的对象。

如图6所示，现状使用寿命为3-6年以内的钙钛矿组件度电成本18-22美分/千瓦时(红色区域)，是晶硅组件7倍以上。

尽管这一成本的钙钛矿组件用于光伏电站仍然很困难，不过，考虑到钙钛矿太阳电池具有重量轻、可弯曲等特点，其可能适用于一些特定的市场，比如柔性便携式能源系统以及车顶光伏系统等。

当前成本较高：钙钛矿组件目前的制造成本经计算为0.57美元/瓦，远高于硅太阳电池的制造成本。

提高效率和良率都能降低钙钛矿组件的成本。

然而即使效率和良率分别达到25%和98%，钙钛矿组件成本仍然高于晶硅组件的成本(每瓦0.1美元)。

现状、情景1和情景2条件下，钙钛矿组件的度电成本估算。

论文进一步讨论了钙钛矿组件成本能够低于晶硅的情况，进一步调整并综合考虑了各项成本要素，发现在组件效率为25%、良率为99.5%，且材料成本、设备成本和电费成本分别降低40%、50%和30%的条件下，制造成本将降至每瓦约0.1美元，几乎与晶硅组件的成本相当。

设备折旧完毕后，相对于晶硅组件，钙钛矿组件仍无法展现出成本优势。

这意味着，在当前技术水平下，仅通过提高钙钛矿组件的效率和良率，要使其在成本方面超越晶硅组件是极其困难的，还应考虑材料和设备对成本的影响。

高效率和稳定性是关键：在效率达到25%、使用寿命为25年，以及材料和设备成本降低等条件下，钙钛矿组件的成本有潜力低于晶硅组件。

基于上述成本效益分析，我们提出了未来技术研发的路线图(图7)，并列举了在降低钙钛矿组件度电成本方面面临的一些挑战。

晶格储能太阳能电池的全新概念为太阳能电池提供一个巨大的效率提升空间，以及彻底解决钙钛矿稳定性难题的可能性。

更为重要的是，这一技术途径消除了引起移动离子产生和续能到热声子，从根本上解决钙钛矿稳定性难题。

然而，钙钛矿电池的性能提升仍面临诸多挑战，其中之一便是如何优化埋底界面层的设计，以实现更高效的载流子传输和提取。

c)半透明CsPbI₃钙钛矿电池与晶硅太阳能电池在遮光前后的J–V特性曲线；

文章阐述了晶格储能库的具体特征及形成的可能性，具体讨论了晶格储能库对钙钛矿从飞秒到小时的各个时间尺度的声子-载流子-移动离子动力学过程的影响，结果与目前观察到的大量奇异现象很好地匹配，表明晶格储能库是导致钙钛矿独特光电特性的基础原因。

皇家墨尔本理工大学文小明研究员-贾宝华院士：晶格储能库：钙钛矿奇异光电性能的基础原因

过去几十年半导体理论和半导体技术的发展，对钙钛矿的技术的进步起到了决定性的作用。

近日，澳大利亚皇家墨尔本理工大学文小明研究员与贾宝华院士的AMRViewpoint文章“LatticeEnergyReservoirinMetalHalidePerovskites”在线发表，文章首次提出了一个全新晶格储能库理论，作为对传统半导体理论体系的扩展，从一个全新的角度提供对钙钛矿独特的光电性能的物理理解。

针对钙钛矿独特的光物理现象，发展了多种针对性的光谱技术，例如时间相关的荧光光谱、时间相关的时间分辨荧光、时间相关的超快瞬态吸收，以及结合显微、变温、激发/探测条件，达到探索钙钛矿特殊光电特性的目的。

课题组致力于钙钛矿的光物理研究，解决钙钛矿最为基础的光物理问题。

当效率和良率提高时，钙钛矿成本制造成本有望降低到当前的成本的1/3，但仍高于晶硅。

技术路线图：如何使钙钛矿成本低于晶硅组件。

一个针对卤素钙钛矿的深入物理理解，可望触发全新的技术发展，导致钙钛矿科学和应用技术的快速进步，并产生解决目前钙钛矿急需的稳定性难题的相关技术。

目前钙钛矿急需解决的技术难题包括其稳定性。

1文章内容简介近十年来，钙钛矿的应用技术得到了快速发展，覆盖了光伏，发光，探测器等等领域。

过去十年钙钛矿应用技术的快速进步，一定程度上导致对基础理论发展的忽视。

近十年来，钙钛矿的应用技术得到了快速发展，覆盖了光伏，发光，探测器等等领域。

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钙钛矿奇异的光电特性与目前的半导体理论形成了严重的冲突，急需对目前的半导体理论进行扩展，正如量子力学对经典力学的扩展。

TbCl₃掺杂对钙钛矿太阳能电池性能的影响：a)基于是否掺杂TbCl₃的Me-4PACz界面的CsPbI₃太阳能电池能带排列示意图；

e)基于全无机钙钛矿太阳能电池的叠层器件效率总结；

为研究TbCl₃掺杂对光伏性能的影响，构建了反式结构CsPbI₃钙钛矿太阳能电池(PSCs)，器件结构为FTO/Me-4PACz/CsPbI₃/C60/BCP/Cu。

因此，反式CsPbI₃钙钛矿太阳能电池在叠层器件中具有广阔的应用前景。

因此，宽带隙反式结构的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池非常适合作为叠层器件中的顶部电池。

因此，文章为构建高效稳定的全无机钙钛矿太阳能电池及其与硅的叠层应用提供了新的策略，为钙钛矿光伏器件的商业化进程提供了有力推动。

其中，钙钛矿太阳电池作为一种直接将光能转换为电能的半导体器件，因其高光吸收和载流子迁移率与低制造成本等优点而备受瞩目。

性能飞跃：本研究通过创新的镧系化合物调控埋底界面技术，显著提升了反型全无机钙钛矿太阳电池(PSCs)的性能，其光电转换效率从15.34%提升至18.68%，四端(4T)和两端(2T)钙钛矿/硅机械叠层器件分别实现了29.40%和25.44%的高转换效率为钙钛矿太阳电池的能效提升开辟了新途径。

由于较高的光吸收和载流子迁移率与较低的制造成本，钙钛矿太阳电池引起了光伏领域的广泛关注。

文章针对反型全无机钙钛矿太阳电池的性能优化问题，创新性地引入了镧系化合物调控埋底界面技术。

在低温和湿度较高的环境中，黑相(1.73eV)易于向带隙较宽的非钙钛矿δ-相转变，会降低器件的稳定性，因此高湿度环境中的长期运行稳定性仍是当前CsPbI₃电池面临的最大挑战。

如图2所示，掺杂TbCl₃后CsPbI₃前驱体在基底上的接触角由83.07°降低至43.25°，表明掺杂后溶液更容易铺展，从而形成致密均匀的薄膜，促进钙钛矿结晶并降低表面粗糙度。

当效率和良率提高时，钙钛矿成本制造成本有望降低到当前的成本的1/3，但仍高于晶硅。

提高效率和良率都能降低钙钛矿组件的成本。

基于上述成本效益分析，我们提出了未来技术研发的路线图(图7)，并列举了在降低钙钛矿组件度电成本方面面临的一些挑战。

Me-4PACz中的长链烷基非极性基团(C₄H₈)使其具有高度疏水性，造成钙钛矿薄膜覆盖性较差。

通过对现有工艺的分析，钙钛矿太阳电池的制造成本和度电成本经估算分别为0.57美元/瓦和18-22美分/千瓦时，其中材料成本占总成本的70%。

II钙钛矿组件的制造成本和灵敏度分析

当前成本较高：钙钛矿组件目前的制造成本经计算为0.57美元/瓦，远高于硅太阳电池的制造成本。

这篇论文调查了当前钙钛矿太阳电池的产业现状，基于此计算了当前钙钛矿太阳能组件的制造成本为0.57美元/瓦，远超晶硅组件的制造成本。

如图5所示，对照样品吸收边缘逐渐蓝移，而掺杂样品保持稳定，表明其抗氧化与抗湿性能显著增强，Tb3⁺和Cl⁻的协同调控作用增强了钙钛矿晶体结构的稳定性，有效抑制了湿热等环境因素导致的相转变。

我们在文章中详细阐述了，晶格储能库是非均匀分布于软晶格钙钛矿晶格上的纳米区域，通过晶格的变形而实现声子能量的存储而导致升高的晶格势能。

过去十年钙钛矿应用技术的快速进步，一定程度上导致对基础理论发展的忽视。

过去几十年半导体理论和半导体技术的发展，对钙钛矿的技术的进步起到了决定性的作用。

上交韩礼元等：钙钛矿太阳电池的成本效益能超过晶硅电池吗？

例如硅、染料敏化和有机太阳电池所发展的理论-材料-技术等对钙钛矿太阳电池的快速发展起到了关键作用。

一个最为基础的问题，作为一种半导体钙钛矿为什么与其它半导体如此不同？

钙钛矿奇异的光电特性与目前的半导体理论形成了严重的冲突，急需对目前的半导体理论进行扩展，正如量子力学对经典力学的扩展。