龙年预见·新质生产力丨钙钛矿是光伏电池的“星辰大海”

编者按：过去的一年，人类社会在AI、具身机器人、脑机接口等领域取得着瞩目成就，令我们目不暇接。新时代的大门已经开启。站在龙年开首，我们想问，科技进步带来的新质生产力会把我们带向何方？光芯片、飞行汽车以及不断进化的AI，又会打开一幅怎样的人类社会图景？在此，请同银柿财经一起，聆听技术最前沿科学家们的声音。

有人说，如果人类和能源问题之间是一场赛跑，那么太阳能电池就像是百米飞人大战。小数点后的每一个数字，都是科学家争夺的焦点。像大部分“90后”一样，喜欢挑战极限的西湖大学博士生导师王睿，也加入了这场争分夺秒的大赛中。

王睿头上的称号有很多，入选2022年度全球“35岁以下科技创新35人”榜单，登上福布斯中国“2021年度30 Under 30”榜单，获2023阿里达摩院“百万”青橙奖，研究成果被科学美国人、福布斯等多家知名媒体报道等等，近日他接受了银柿财经的专访，聊的话题就是，站在龙年第一天，他所预见的太阳能电池的未来发展方向。

王睿和团队的主要研究方向包括钙钛矿光电器件的制备与表征、钙钛矿材料的稳定性和缺陷态的机理研究、寻找新型有机无机杂化光伏材料等。作为第三代新型太阳能电池的代表，钙钛矿太阳能电池技术被视为未来可能可以取代晶硅电池的技术。

究竟钙钛矿太阳能电池有什么优点？王睿的解释是，它吸光性能好、转换效率高、制作成本较低、制备过程较容易以及生产过程中排碳量小等。

2009年，钙钛矿太阳能电池问世，尽管这种新型材料在当时的转化效率仅有3%，但学术界对其上限的预估高于晶硅电池。“钙钛矿太阳能电池的转换效率目前还没晶硅太阳能电池高，但今后几年有机会能够超过。”王睿表示，“晶硅太阳能电池是目前市场占有率最高的，大概市占率90%~95%。短期内钙钛矿电池冲击晶硅电池的地位可能比较难，但长期来说，随着我国对光伏装机的需求量越来越大，它（钙钛矿电池）是有机会成为主流的，或者是与现有的主流电池技术相结合，做叠层电池。”

值得一提的是，目前已有光伏企业在提高钙钛矿叠层电池效率方面取得进展。2023年11月，隆基绿能研发的晶硅／钙钛矿叠层电池经美国国家可再生能源实验室（NREL）认证，效率达到33.9%，刷新该项电池效率世界记录。

王睿表示，钙钛矿材料的不稳定性是当下研究中的难点。“在光照下极为活泼的钙钛矿，很容易产生结构的崩塌，这也是钙钛矿至今没有走到完全大规模应用的原因，它的使用寿命很短，一开始只能使用几小时，但是后来随着科研人员的努力，已经延长到几千甚至上万小时。”

让人觉得有趣的是，2018年和2019年，王睿先后将咖啡因、茶碱添加到钙钛矿太阳能电池中后，大大提升了钙钛矿电池的稳定性。在茶碱的加持下，钙钛矿电池可以实现连续工作500小时。2023年7月，王睿团队找到新的“添加剂”，能为钙钛矿太阳能电池带来更高的光电效率和更强的稳定性，Nature杂志在线发布了这一最新研究成果。

“如果把稳定性的问题快速解决的话，钙钛矿电池大概2到3年左右就可以实现产业化，或者更快，主要是解决使用寿命的问题。”王睿表示，目前钙钛矿电池的产业化处于早期过渡到中期的阶段，慢慢攻克问题之后，应该很快就可以出现大规模产业化。

降本增效是光伏产业发展的主要驱动力，王睿表示：“整个光伏产业最大的技术突破点是如何在低成本下同时保证高效率，即把生产成本降得更低。”钙钛矿电池具备效率上限高，成本潜力大等优点，目前处于产业化落地初期，展望未来，钙钛矿电池有望成为主流光伏领域的重要角色。

（本栏目发布顺序按专访科学家姓名拼音排序）