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突破 21.7% 效率！全钙钛矿光伏组件量产有戏，中国团队这波操作绝了
发布时间：
2026-02-17 00:00
突破 21.7% 效率！全钙钛矿光伏组件量产有戏，中国团队这波操作绝了
聊太阳能光伏的时候，你肯定听过 “钙钛矿” 这个词。这东西可不是啥冷门材料，它最大的优势就是便宜、好做 —— 用溶液就能处理，比传统硅基电池的生产门槛低多了，所以一直被当成薄膜太阳能电池大规模应用的 “潜力股”。
之前南京大学谭海仁团队就搞出过小面积的全钙钛矿叠层太阳电池，认证效率都到 26.4% 了，已经很能打。但小面积行不代表大面积就行，要想真用到实际中，比如做成屋顶的光伏板、大型光伏电站的组件，必须得解决 “大面积制备” 的问题。最近他们在 Science 上发的新东西，就把这个坎儿迈过去了 —— 第一次用涂布印刷、真空沉积这些能搞大面积的技术，做出了全钙钛矿叠层光伏组件，而且经国际权威机构认证，稳态输出效率高达 21.7%，这是目前所有钙钛矿光伏组件里的最高纪录。
一、先搞懂：全钙钛矿组件为啥难搞？俩大难题卡脖子
别看效率数据漂亮，做全钙钛矿叠层组件的时候，团队其实遇到了两个特别头疼的问题，这也是行业里一直没解决的共性难题。
第一个难题跟 “结晶” 有关。现在做钙钛矿大多用溶液法，这种方法得控制好晶体形成的速度和过程 —— 也就是专业里说的 “结晶动力学”，不然做出来的薄膜不均匀，效率肯定上不去。但全钙钛矿叠层里有个 “宽带隙钙钛矿”，它里面溴化物含量特别高，一高就会打乱结晶的节奏，要么晶体长太快有缺陷，要么长太慢不均匀，大面积做的时候这个问题更明显。
第二个难题是 “相互扩散”。叠层电池是好几层 “子电池” 连在一起的，子电池里的钙钛矿材料和外面的金属电极碰到一起，就容易互相 “串门”—— 材料里的元素跑到电极里，电极里的元素又跑到材料里，还会发生化学反应。这么一折腾，界面上就会出现一些 “小毛病”（专业叫深能级缺陷），不仅让组件效率掉下来，还会影响它的使用寿命，也就是稳定性。
二、针对难题下猛药！俩招搞定大面积和稳定性
谭海仁团队就是盯着这两个难题下手的，而且每一步都踩在了点子上。
第一招是解决 “结晶不均” 的问题，核心是 “调配方 + 改工艺”。他们用的钙钛矿材料是 CsₓFA₁₋ₓPbI₁.₈Br₁.₂，专门调整了里面 Cs（铯）的含量，还搭配了 “气体辅助刮涂” 技术。这么做的目的很明确：控制晶体刚开始形成的速度（也就是成核速率），让它在大面积基底上能均匀生长。
后来他们用了好几种方法验证 —— 比如用 SEM 看表面长得平不平，AFM 测粗糙度，GIWAXS 看晶体排列方向，PL 测载流子能活多久 —— 最后发现当 Cs 的含量 x=0.35 的时候，效果最好：薄膜表面又平又匀，晶体排列得整整齐齐，载流子（就是发电的 “小粒子”）寿命也最长，这就为高效率打下了基础。
第二招是解决 “相互扩散” 的问题，关键是加了一层 “保护盾”。他们用 “原子层沉积” 技术做了一层 SnO₂（二氧化锡），叫 ALD-SnO₂，把它当成电子传输层。这层东西的作用特别多：首先它能正常传输电子，不耽误发电；更重要的是，它像一道墙，把钙钛矿活性层和金属电极隔开了，能阻止两者之间的元素扩散和化学反应。
团队用 XPS（一种能测元素分布的技术）验证过，这层 “保形扩散阻隔层”（CDB）是真的管用，元素扩散的问题几乎被挡住了。而且这层膜还能让电极和活性层接触得更好（专业叫欧姆接触），电阻也低，发电的时候不会浪费能量。另外，它密度高，还能挡住空气里的氧气，防止下面的窄带隙钙钛矿被氧化，等于又多了一层保护。
三、成果到底咋样？效率和稳定性都有实锤
这两招组合下来，最终做出的全钙钛矿叠层组件，性能确实很能打。
首先是效率，组件的有效面积有 20.25cm²（差不多一个手掌心大小），认证效率达到 21.7%。可能你会说，之前小面积的都 26.4% 了，怎么大面积还降了？其实这很正常，光伏组件越大，边缘和界面的损耗就越多，能做到 21.7% 已经是目前最好的水平了。而且测的时候，正向扫描效率 22.1%，反向扫描 22.5%，两个数据很接近，说明组件性能很稳定，不是偶然测出的高值。
然后是稳定性，这是光伏组件能不能实用的关键。团队在模拟太阳光（相当于正常晴天的光照强度）下，让组件在最大功率状态下连续工作了 500 小时。最后看数据，封装好的组件还能保持初始性能的 75%。这个结果不算完美，但已经很有意义了 —— 要知道之前很多钙钛矿组件，几百小时后性能可能掉一半，这次能保留 75%，说明那层 CDB 技术确实管用，也证明这种设计思路能提升稳定性。
而且团队也说了，这种 CDB 技术不是只能用在这个组件上，理论上所有类型的钙钛矿光伏组件都能用，能帮它们同时提升效率和稳定性，这等于给整个行业提供了一个通用的解决方案。
四、还有个小遗憾：窄带隙钙钛矿的稳定性待解决
当然，现在的全钙钛矿叠层组件，还不是完美的，有个问题还得继续攻克 —— 就是窄带隙钙钛矿的稳定性。
这种窄带隙钙钛矿里含有锡（Sn），而且是二价锡（Sn²+）。这个二价锡特别容易被空气里的氧气氧化，变成四价锡（Sn⁴+），一旦氧化，钙钛矿的结构就会被破坏，组件效率就会暴跌。所以要想让全钙钛矿叠层组件真的走进实际应用，解决这个 Sn²+ 氧化的问题，是必须跨过去的一道坎。
目前行业里也有个思路，就是不只用钙钛矿，把窄带隙的有机活性层和宽带隙的钙钛矿活性层结合起来，做 “钙钛矿 / 有机叠层太阳电池”。这样既能保留钙钛矿的高效率，又能用有机材料的稳定性弥补窄带隙钙钛矿的不足，算是一个可行的方向，后续就看能不能做出更成熟的产品了。
总的来说，谭海仁团队这次的工作，最大的价值不是只做出了一个高效率的组件，而是解决了全钙钛矿叠层组件从 “小面积实验室样品” 到 “大面积量产产品” 的关键难题 —— 比如大面积结晶控制、界面扩散阻隔。这给整个行业指了条明路，让大家看到全钙钛矿光伏组件产业化不是遥不可及的事。虽然还有窄带隙钙钛矿稳定性这个小尾巴没解决，但方向对了，后续再慢慢优化，离咱们用上便宜又高效的全钙钛矿光伏产品，只会越来越近。
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