下一代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池是一种由碘铅等结晶体形成的特殊晶体结构，具有依靠光照发电的能力。

与现在主流的硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池可以做的非常轻薄，最薄的可以做到0.1微米。与之相对比的是，硅太阳能电池最小的厚度也需要150微米，差了1500倍。所以硅太阳能电池一般每平方米的重量达到了10到15公斤，这就要求结构支撑的强度要大，安装的位置和地点也受到极大约束。而且硅太阳能电池对阳光的转换率理论上是33%，刚才说了我们钙钛矿电池的效率已经达到了33.9%，这就已经超过了硅太阳能电池的理论值。而实际上钙钛矿电池的理论转化率可以达到43%，所以还有极大的提升空间。

在应用方面，钙钛矿电池具有很好的弯曲性，所以能安装在传统太阳能电池无法安装的地方，比如在大厦的玻璃墙或者手机的外壳基板上等等。而且钙钛矿电池还不太挑食，阴雨天也能发电，房间里的灯光也可以发电。正是因为有了这些无法替代的优点，日本政府非常重视拨出巨额资金扶持。而且据报道，全球在钙钛矿电池领域的研发人员已经超过3万人。

一、钙钛矿电池的发展现状

钙钛矿电池的基本结构主要由三层组成：顶部电极、钙钛矿层和底部电极。其中，钙钛矿层是核心部分，由碘化铅（PbI2）、碘化铯（CsI）等化合物构成。这种材料具有高透光性、高导电性以及可调节的带隙能量，非常适合用于太阳能电池。

钙钛矿电池具有许多优点。

首先，其具有高效率，理论上最大转换效率可达35%，远高于传统硅基太阳能电池。

其次，钙钛矿电池的材料成本低，只需要使用地球上丰富的元素，如铅（Pb）、碘（I）、铯（Cs）等，相较于硅基太阳能电池需要的高纯度硅，成本大幅降低。

此外，钙钛矿电池还具有可弯曲的特性，可以适应各种形状的表面，如曲面建筑、汽车等。

目前，全球范围内已有许多科研机构和企业投入到钙钛矿电池的研发和生产中。例如，瑞士的能源公司X翼能源公司已经成功开发出一种基于钙钛矿的太阳能电池，其转换效率可达22.1%。同时，一些知名科技企业如谷歌、微软等也在积极探索和布局钙钛矿太阳能电池领域。

在国内，钙钛矿太阳能电池也受到了广泛关注。近年来，中国在钙钛矿太阳能电池领域的研究不断深入，取得了一系列重要成果。例如，中国科学技术大学的科研团队成功研发出一种高效稳定的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率可达21.6%。此外，一些企业如通威股份、东方日升等也在积极投入钙钛矿太阳能电池的研发和生产。

二、中国专利正在提升存在感

在轻便可弯曲低价的“钙钛矿型太阳能电池”的相关专利方面，中国正在提升存在感。2021年的申请数量为70项，达到日本的近4倍。按过去20年的累计来看，日本仍居于首位。

钙钛矿型太阳能电池可通过涂布类似涂料的材料而制造。预计制造成本仅为通过使硅晶体生长来制造的传统“硅型”的一半，重量可以降至十分之一。由于重量轻、可弯曲，如果安装在以往难以安装的建筑物等的墙壁和屋顶上，发电场所将扩大，可以创造新的市场。预计将在2020年代后期普及。

日本经济新闻社委托运营专利信息等的科睿唯安日本(Clarivate Analytics Japan、位于东京港区)，对在2个国家以上申请的相关专利进行了调查。针对截至2023年11月9日公开的约20年的1309项专利，按国家、地区和组织进行了分析。

全球的申请数量在2021年达到180项，10年里增至45倍。目前起拉动作用的是中国和韩国。日本在年度申请数上截至2019年连续5年排在首位，但2020年被中国和韩国超越。2021年中国的申请数为70项，大幅超过排在第二位的韩国(39项)和日本(19项)。

中国在有关钙钛矿型电池的学术论文数量上也明显超过其他国家。如果在着眼于产业化的专利申请方面保持这种势头，中国占据优势的可能性很高。按组织类别来看，宁德时代新能源科技(CATL)排在第7位。初创企业大正微纳科技于2022年7月开始在大型面板领域启动世界首次量产，在实用化方面走在前头。

开发出钙钛矿型电池的是日本桐荫横滨大学特聘教授宫坂力，日本企业在技术开发方面一直处于领先。按专利有效的过去20年的累计来看，日本依然位居首位。日本的累计申请数为274项，排在首位。与排名第二的美国一起，先于其他国家启动相关专利的申请。根据其他竞争企业的关注度等对专利竞争力进行评分的专利评分的合计分数也排在首位。

三、钙钛矿型电池普及面临的技术

钙钛矿型电池普及面临的技术课题主要有两个。首先是大型化会令太阳光转化为电能的效率下降这一点。由于很难在广大面积上均匀涂抹材料，效率降低数个百分点的情况很多。

第二是耐久性。当与空气和水接触后，添加到太阳能电池中的添加剂会吸收水分，太阳能电池将劣化，结果性能下降。即使用薄膜或玻璃加以密封，光和热也会劣化。产生电力的发电层的寿命约为10年，不到硅型的一半。必须采取开发新的密封材料来保护晶体等措施，以提高其耐久性。

与此同时，影响创新的核心技术也主要有两项。首先是在构成发电层的晶体结构上下功夫，提高转换效率和耐久性。第二点是开发在保持转换效率的前提下，在广大面积上以低廉成本涂布太阳能电池材料的技术。

日本企业在晶体结构相关的基础研究方面已取得多项专利，在均匀涂抹材料的技术方面目前也处于高水平。不过，今后中国的企业和研究机构有可能加速有关晶体结构和材料涂布的技术开发。

另一方面，中国的优势在于较早就为确立生产技术而行动起来。富士经济的专家川合洋平表示，“即使量产初期成品率不佳，也可以通过反复试验进行改善”，对中国的行动给予高度评价。

四、钙钛矿电池的未来展望

随着全球对可再生能源的关注度不断提高，钙钛矿太阳能电池的发展前景广阔。未来，钙钛矿太阳能电池将在以下几个方面得到进一步发展：

提高光电转换效率：通过优化材料结构、改进制备工艺等方法，进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。目前已经有一些研究团队在这方面取得了显著进展，未来有望实现更高的转换效率。

降低制造成本：虽然钙钛矿太阳能电池的材料成本较低，但要实现大规模生产和应用，还需要进一步降低制造成本。未来可以通过优化工艺、采用更低成本的设备等方法来实现制造成本的降低。

提高稳定性：目前钙钛矿太阳能电池的稳定性还存在一定问题，需要进一步提高其使用寿命和稳定性。未来可以通过深入研究钙钛矿材料的老化机制、优化封装技术等方法来提高其稳定性。

拓展应用领域：随着钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性的不断提高，其应用领域也将不断拓展。未来可以将其应用于各种领域，如建筑、汽车、航空航天等，为人类创造更加绿色、环保的生活方式。

总之，钙钛矿太阳能电池作为一种新型太阳能电池，具有高效率、低成本、可弯曲等优点，未来发展前景广阔。随着科研技术的不断进步和应用领域的不断拓展，相信钙钛矿太阳能电池将成为未来可再生能源领域的重要力量。