薄膜太阳能电池板
光伏系统（俗称太阳能电池）不仅可以由硅制成，也有其他材料可以选择。在薄膜太阳能电池领域，钙钛矿电池的前景备受看好。在短短不到二十年的时间里，钙钛矿太阳能电池的效率实现了长足提升，已经与硅太阳能电池的顶尖水准不相上下。相比之下，基于钙钛矿的电池有许多吸引人的优势，当然也并非没有缺点。让我们一一细数。
什么是钙钛矿？
“钙钛矿”(perovskite) 得名于一位俄罗斯矿物学家，最初特指钛酸钙 (Ca2TiO3)。后来，这一术语的指代对象扩展到具有类似特殊晶体结构（正方体到立方体）的其他材料。现在，钙钛矿是指具有 ABX3 结构的材料，其中 A、B 和 X 可以代表不同元素和化合物。除了钙钛矿层本身之外，基于钙钛矿的太阳能电池还包含许多其他成分——全球众多研究机构和公司都在探索稳定性和效率更佳的理想结构。
钙钛矿太阳能电池的优势
钙钛矿电池具有诸多优势，使其成为硅电池极具吸引力的替代选择。从 2009 年到 2024 年，实验室实现的钙钛矿电池效率从 3.8% 上升到 26.1%，几乎与硅电池的最高值 (26.8%) 相当。硅电池主要转换红光和红外光，而钙钛矿电池能够利用波长较短的光。因此，业界认为，最有前景的方法是将钙钛矿层和硅层结合起来，以便充分利用整个光谱来产生能量——下文将进一步介绍这种所谓的叠层太阳能电池。
与需要 1000°C 以上高温的硅相比，钙钛矿材料在生产过程中消耗的能量要少得多，而且由于钙钛矿层很薄，所需材料量也要少得多（差异可达 100 倍！）钙钛矿电池的安装更加灵活，在颜色和透明度等方面也有更多选择。因此，钙钛矿电池可用于许多无法安装硅电池的表面，如房屋墙壁、承重能力较差的屋顶等。
存在哪些挑战？
迄今为止，钙钛矿电池几乎所有效率记录和设计成就都是在实验室条件下、小面积表面上取得的，距离规模化和工业化仍有较长的路要走。实践中暴露出的问题主要是钙钛矿电池的耐用性和稳健性欠佳：与硅电池相比，其对湿度和环境影响更为敏感。硅电池的使用寿命约为 25-30 年，而目前估计钙钛矿电池的使用寿命仅为几个月到几年
为延长其使用寿命，业界正在进行深入研究，提出了多种方案，如限制离子迁移率、减少化学反应（通过封装）、使用更稳健的边界层。在年初发表于《自然》期刊的一篇文章中，中国研究人员介绍了其如何利用仅限于钙钛矿层的受控离子运动成功制造出稳定的钙钛矿电池，且这种电池在长期压力测试中也表现出色。
什么是叠层太阳能电池？
目前，由硅层和钙钛矿层组成的叠层太阳能电池的潜力备受看好。将这两种材料相结合，即可充分利用更宽广的光谱，甚至可以使效率超过 33.2%（这是单一材料的物理极限）。目前达到的最高记录是 33.9%，远高于纯硅电池所能达到的数值。从原理上说，仅使用钙钛矿层也能实现叠层和多层电池（并达到同等效率）；但这会加剧稳定性不佳的问题。
最新进展如何？
牛津光伏公司 (Oxford PV) 于 2024 年 9 月向美国客户交付首批钙钛矿-硅叠层光伏组件，开创了全球先河。该公司的 72 片式电池模块在柏林附近的工厂生产，效率高达 24.5%，但预期使用寿命尚不得而知。至于这是否标志着太阳能发电新时代的开端，还有待观察。但可以肯定的是，就投资回收时间而言，钙钛矿技术的潜力是巨大的。
INGUN 对光伏技术有何贡献？
在太阳能电池的整个生产流程中，以及为优化其效率而进行的研究工作中，都离不开合适的测试技术。测试设备在触探时应尽可能减少对光的遮挡。为此，INGUN 提供经过专门设计、可最大限度减少遮光的探针。此外，四线制技术能够补偿导线造成的影响，为被测器件同时测量电流和电压。INGUN 与客户、合作伙伴和研究机构密切合作，持续开发新的解决方案，助力创新技术演变为成熟产品，例如用于触探无母线太阳能电池的测试条。