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现实的三座大山

在实验室中，为了追求极致的效率和性能，新技术的研究往往是不计代价的。但是新技术进入现实世界，实验室中许多忽略的代价都将成为聚光灯下为人所争议的问题。

钙钛矿电池也不例外，尽管其效率上限高、工艺简单、发展速度快的实验室表现足够惊艳，但是走出实验室的钙钛矿电池还需要面对更多的挑战。不稳定、有毒和面积小便是其不得不面对的三座大山。

由于离子组成的钙钛矿半导体天生结构“柔弱”，工作条件下受光照、电场、温度、水氧等作用的影响会产生结构缺陷，导致半导体材料发生结构改变甚至分解；分解逃逸出来的离子还会进入到电荷传输层或者电极层，进一步破坏光电转换功能，造成整体器件效率的显著降低。

面对钙钛矿电池技术的汹涌发展，在晶体硅电池方面获得巨大成功的马丁·格林教授也指出其在稳定性方面的弊病。

“在接受光照的前八个月，最优质的钙钛矿能够保留它97%的性能，而标准硅电池在第一年的衰退率是低于2%～3%的，在随后25～30年的时间中，标准硅电池每年的衰退率不超过0.5%。相比目前标准的，市场上商业化的光伏产品来讲，钙钛矿稳定性不足是比较大的问题。”马丁·格林一针见血地指出。

在晶体硅电池中，单晶电池在初期2-3个月的光照情况下，光致衰减达到峰值，一般为3%左右，称为初始光衰（LID）现象。第一年累计衰减2.5%左右，以后每年衰减不超过0.55%；多晶电池基本不存在LID现象，但是随着光照时间的延长，多晶电池功率持续衰退直至较低水平，通常多晶电池第一年衰减2.5%，以后平均每年衰减0.73%左右。

但今年7月份，一篇发表在《自然》上利用离子液体提高钙钛矿太阳能电池稳定性的文章指出，其所研究的钙钛矿太阳能电池在70-75℃的全光谱太阳光照射下连续运行超过1800小时（75天）后，最稳定的封装器件的性能仅下降了5%左右；此外，器件下降到其峰值性能的80%所需的时间约是5200小时（216天）。

马英壮认为，虽然大家非常关注钙钛矿电池的稳定性，但这并不代表它的寿命一定会低。钙钛矿电池分解的主要原因是水汽，如果能把水汽隔绝掉，能够达到光伏组件实际使用要求。所以，目前钙钛矿电池寿命低是因为没有很好的保护方法，所用的封装工艺基本都是沿袭的晶体硅电池，后期针对封装必然要进行优化。

在稳定性之外，大多数钙钛矿电池中含有有毒物质铅，这也成为其另一个为人所诟病的缺点。

“现在大部分的钙钛矿材料中都含有重金属铅，这可能会对人类健康产生不良影响。此外，钙态矿还能够溶于水，一旦析出到周围环境中，无疑将会产生污染。现在有很多研究人员在考虑能不能把铅分离出来，但是目前还有一些困难。”马丁·格林补充道。

上海科技大学教授宁志军则独辟蹊径，所走的路线是非铅钙钛矿电池。宁志军的非铅钙钛矿电池指的是用锡替代钙钛矿具电池中的铅，制作出来的钙钛矿电池比铅钙钛矿更接近太阳能电池材料的理想带隙，具有更高的理论光电转化效率。

目前，锡钙钛矿太阳能电池实现了9.41%的光电转化效率，是目前稳态输出效率最高的非铅钙钛矿太阳能电池。但锡钙钛矿稳定性同样较差，极大限制了锡钙钛矿电池效率的提高。如何提高材料的稳定性是目前锡钙钛矿太阳能电池开发面临的重要挑战。

除了稳定性和毒性这些材料本身的问题，能否制备出大面积的钙钛矿电池也是非常现实的挑战。即便是目前协鑫纳米所做的目前全球最大的钙钛矿组件，其1200cm 的组件面积仍不足目前常规晶体硅电池组件（1.6m）的十分之一。

王森认为，大家之所以选择钙钛矿电池技术，根本的原因就在于它能够产生一个更高的效率。但是单结的钙钛矿电池想在超过1m 的面积上实现超过20%效率的产品，难度非常大。而钙钛矿的晶体硅叠层电池只需要做到和晶体硅的M2（156.75mm）或者M4（161.7mm）硅片一个尺寸，然后通过封装实现大面积，这种方式相比直接沉积一个大面积的尺寸要容易的多。

毋庸置疑，处于产业化初期阶段的钙钛矿电池显得有些势单力薄，一方面产业链上下游几近空白，相应的设备、原料都要自力更生；另一方面，许多的钙钛矿产品都是首次面世，缺乏相应的效率测试和认证标准。

公开信息报道显示，协鑫纳米1200cm的钙钛矿电池组件是目前已有的最大面积的钙钛矿产品，其效率测试和认证由德国莱茵TüV完成。“钙钛矿电池效率的检测在技术上并不复杂，但是如果形成标准化还需要得到行业的认可。我们已经做了一些钙钛矿电池的检测，但是正式的检测方法、标准还没有公开，后续会向公众公布。”德国莱茵TüV大中华区太阳能服务副总裁邹驰骋告诉记者。

对于钙钛矿电池的效率认证，马丁·格林认为：“钙钛矿不是特别稳定，所以它的效率检测相比标准硅电池更加困难，现在用的不同的检测方法和流程来对它进行检测，基本上只能做小范围的，因为太阳能模拟器比较小，只能覆盖一个地方。如果做大规模的检测，只能在室外，但是对于钙钛矿而言就非常困难，因为检测程序非常复杂。”

9月10日下午，在温州举行的智慧能源与绿色发展论坛上，宁志军做了题为《钙钛矿太阳能电池的机遇与挑战》的演讲，他说，如果钙钛矿电池达到20%的效率，总的成本大概可以控制到1元/瓦。

“钙钛矿电池本身材料很便宜，只占到14%左右的成本，主要成本来自导电玻璃，如果导电玻璃大规模生产，钙钛矿电池成本将进一步降低。在效率达到20%的前提下，钙钛矿电池的度电成本将小于0.2元/千瓦时。如果效率进一步提高，那么使用钙钛矿电池后的度电成本可能会进一步降低。”宁志军说。

但，诚如宁志军所言，一切都还只是设想。当下火热的钙钛矿电池想要真正成为光伏颠覆者，前半程的技术潜力已经让世人感到震撼，而后半程能否跨越不稳定、有毒和小面积这三座大山，尚未有人能给出答案。