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钙钛矿光伏靶材行业分析：产业化风渐起，靶材国产化价值显现.docx

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钙钛矿光伏靶材行业分析：产业化风渐起，靶材国产化

价值显现

1、钙钛矿强势崛起，高效率+低成本引领变革

1.1、钙钛矿：极具潜力的新一代光伏技术

钙钛矿最初指化学式为 CaTiO3 的矿物质，及拥有 CaTiO3 结构

的金属氧化物。钙钛矿(Perovskite)，是以俄罗斯矿物学家

L.A.Perovski 的名字命名的。1839 年，L.A.Perovski 研究存在于

乌拉尔山变质岩中的钛酸钙(CaTiO3)时，首次提出了钙钛矿这一

晶体结构。经过多年发展，钙钛矿材料定义演变为具备化学通式

ABX3 的物质。其中，A 为一价有机（甲基铵，MA+或甲脒，

FA+）或无机（Cs+）阳离子，或两者的混合物；B 为 Pb2+或 Sn2+，

或两者的混合物；X 是卤化物阴离子（I —、Br—或 CI—或它们

的混合物）。A 位阳离子位于中心，B 位阳离子和 X 位卤化物阴

离子形成八面体，占据体心立方晶格的角位。晶格中的离子半径

决定钙钛矿材料的结构，进而影响钙钛矿材料的电子性质和稳定

性，并决定钙钛矿光伏电池的性能和寿命。通过调控 A、B 和 X

位离子的配比可以优化电池的性能和稳定性。

钙钛矿材料具备连续可调的带隙范围，并覆盖最佳带隙。光伏电池

的工作原理是把入射光子的能量转换为电子，产生电压、电流和

功率输出。而带隙就是电子从它的主原子的一个轨道带挣脱到轨

道带之外所需的能量，是为电池的电力输出所提供的能量。带隙

过大，光子将缺乏发射电子所需的能量，直接穿过太阳能电池，

无法产生大量电流；带隙过小，光子会释放电子，但只向每个电子

传递少量能量，导致电压过低。材料带隙与能量转换效率息息相

关。晶体硅的带隙约为 1.1eV，理论效率为 29.3%。而钙钛矿具

有连续可调的带隙范围，人工设计的钙钛矿材料，带隙可以非常

接近于最优带隙（1.4eV），因此单层钙钛矿电池的理论效率为

33%，双层钙钛矿电池的理论可达到 43%以上。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）指利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的

太阳能电池。根据电荷传输方向的不同，钙钛矿太阳能电池可分为

n-i-p 型（透明导电电极/n 型电子传输层/钙钛矿吸光层/p 型空穴

传输层/顶电极）和 p-i-n 型（透明导电电极/p 型空穴传输层/钙

钛矿吸光层/n 型电子传输层/顶电极），其中，n-i-p 型电池根据

电子传输层结构的不同又可分为介孔结构和平面结构。平面 p-i-n

型结构制备工艺简单、成本低，可用于钙钛矿叠层器件的制备，

且迟滞现象几乎可以忽略，受到科研关注，但其最大的问题是效

率不高。钙钛矿电池结构的透明导电基底、电子传输层、钙钛矿

活性层、空穴传输层和顶电极 5 部分简介如下：

（1）透明导电基底（TCO 玻璃）：传输太阳光和载流子，其透光

率、表面粗糙度、表面方阻等会直接影响器件性能。常用的刚性

基底为透明导电玻璃掺氟氧化锡（FTO）和氧化铟锡（ITO），柔

性基底为 ITO/PEN。（2）电子传输层（ETL）：抽取和传输电子

及阻挡空穴。n-i-p 型器件结构的电子传输材料主要是金属氧化物

（如 TiO2、ZnO、Al2O3、SnO2 等），p-i-n 型器件结构的电

子传输材料主要是富勒烯及其衍生物。（3）钙钛矿活性层：钙钛

矿太阳能电池的核心层，吸收一定波长范围内的太阳光，促进光

生载流子的解离与输运。钙钛矿薄膜的质量会对整个器件的性能起

到决定性作用。（4）空穴传输层（HTL）：传输空穴到接触电极

及阻挡电子的反向传输、降低复合。n-i-p 型钙钛矿太阳能电池常

用的空穴传输材料包括有机小分子， p-i-n 型器件中常用的空穴

传输材料为聚合物及无机金属氧化物（NiOx）等。（5）顶电极：

材料有金属（Ag、Au 等）和非金属（碳等）。

钙钛矿电池将光能转化为电能的原理可简化为“光子进，电子出”。

当光子能量高于半导体的能带间隙时，半导体材料吸收光子并产

生电子-空穴对，电子-空穴对被 P-I-N 结的内建电场分离成自由

移动的载流子（电子和空穴）。电子和空穴在电场的作用下分别

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