钙钛矿太阳能电池是使用与钙钛矿晶体结构相似的半导体材料作为吸光材料的第三代薄膜太阳能电池，具有光电转换效率高、可柔性制备、低成本等突出优势，具有广阔的应用前景，有望引发相关领域的能源革命。
太阳能电池发展的三个阶段
要了解钙钛矿太阳能电池的发展，就需要知道整个太阳能电池的发展历史，这个过程大致分为三个阶段：
第一代太阳能电池，主要是单晶硅和多晶硅太阳能电池。经过半个多世纪的持续发展，晶体硅太阳能电池制备工艺已经十分成熟，单晶硅和多晶硅太阳能电池的实验室转换效率分别达到25.6%和20.8%，已接近理论极限水平。凭借着较为成熟的技术与较高的光电转换效率，晶体硅太阳能电池在光伏市场上占有89%的绝对份额。但由于硅基太阳能电池的高效率依赖于高纯度的硅材料，使得其制造成本偏高。
第二代太阳能电池，主要是非晶硅薄膜太阳能电池和晶硅薄膜太阳能电池。其中，非晶硅的砷化镓太阳能电池效率目前可达30%左右，但是价格昂贵，综合性价比并不高，因此多用于对性能要求很高的太空飞行器领域。晶硅薄膜太阳能电池采用化学气相沉积或者等离子增强化学气相沉积法制备，作为硅基太阳能电池，需要采用高纯度的硅材料，使光伏成本偏高。
第三代太阳能电池，主要是钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、有机太阳能电池等一些新概念太阳能电池。其中，基于染料敏化太阳能电池发展起来的钙钛矿太阳能电池，以其较高的光电转换效率、较低的制造成本、可制备柔性结构等优势，成为最有发展前景的第三代太阳能电池。2009年首次提出钙钛矿太阳能电池概念，2013年被美国《科学》杂志评为十大科学突破之一，2014年被《自然》杂志评为最值得期待的科技突破之一，2016年在世界经济论坛上被誉为 “最具商业化潜力的十大新兴技术” 之一，2017年被路透社列为诺贝尔化学奖的热门提名。
钙钛矿太阳能电池的发展现状
国外众多高校、研究机构开展了钙钛矿太阳能电池技术研究，并创造了多次光电转换效率的世界纪录，已经开始产业化推进。总体上，我国钙钛矿太阳能电池技术与国外先进水平基本持平，产业化工作正在积极推进。
上海交通大学材料科学与工程学院韩礼元教授团队，2017年实现了有效面积36.1平方厘米、认证效率12.1%的大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。
华中科技大学武汉光电国家实验室韩宏伟教授团队，2014年在美国《科学》杂志发表基于全印刷技术的介观钙钛矿太阳能电池技术，实现了印刷介观太阳能电池及光电器件关键技术的突破；2015年研制出6平米全印刷介观钙钛矿太阳能模组，应用前景良好。
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室印刷光电子实验室程一兵教授团队，实现了10厘米*10厘米钙钛矿太阳能认证效率16.5%、7厘米*7厘米转换效率达17.9%的钙钛矿太阳能组件等杰出成果。
中科院半导体所游经碧研究员团队，2018年末刷新了钙钛矿太阳能电池的转换效率纪录，经美国可再生能源实验室权威认证，转换效率突破23.7%。
中科院化学研究所绿色印刷实验室宋延林教授团队，开展了柔性钙钛矿太阳能电池研究，通过纳米组装-印刷方式制备出“蜂巢状纳米支架”，实现了柔性钙钛矿太阳能电池更高的力学稳定，有望为柔性可穿戴电子设备提供可靠电源，当前1平方厘米的柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到12.32%。
钙钛矿太阳能电池的发展展望
鉴于钙钛矿太阳能电池的多方面综合突出优势，以及国内外产业化进程的持续推进，可以预见，钙钛矿太阳能电池将迎来快速发展和规模应用阶段。
1、效率持续提高，达到并超过市场主流产品水平
高光电转换效率是众多领域应用的首要需求。2009年，世界上首次制备出钙钛矿太阳能电池，转换效率仅3.8%；2019年8月，经权威认证的钙钛矿太阳能电池转换效率已达25.2%。短短10年间，钙钛矿太阳能电池的转换效率已达到目前第一代单晶硅太阳能电池的水平。
钙钛矿晶体结构光电转换材料具有吸光性能高、覆盖光谱范围宽等特点，单结钙钛矿太阳能电池理论转换效率约33%，双结钙钛矿太阳能电池理论转换效率可达40%以上。预计，单结、双结钙钛矿太阳能电池光电转换效率将继续不断刷新纪录。
2、成本稳步降低，为规模化产业化应用铺平道路
钙钛矿材料来源丰富、储量丰富，材料成本低，且钙钛矿材料配方可调，选择空间大。钙钛矿太阳能电池制备工艺相对简单，生产成本低，材料纯度要求90%以上即可，而硅基太阳能电池必须使用99.9999%高纯硅。此外，第二代砷化镓薄膜电池虽然转换效率达30%左右，但生产成本特别昂贵。预期，钙钛矿组件的制造成本可达到单晶硅组件成本的50%。
国内外多家公司正在大力推进钙钛矿太阳能电池的产业化工作，相关产业化技术在不远的将来可实现重大突破，并在多个典型领域实现规模应用。预计，非柔性钙钛矿太阳能电池将首先实现规模化产业化应用，在一定程度上实现对其他太阳能电池的替代应用。
3、大面积、轻质化、柔性技术，应用领域不断拓宽
钙钛矿材料吸光系数大，电池厚度仅需微米级就能实现太阳光的有效利用。与传统太阳能电池制备工艺相比，钙钛矿太阳能电池可在相对较低的温度下制备，可采用轻薄、柔性基底，显著降低太阳能电池重量。
大面积高效柔性钙钛矿太阳能电池规模化生产设备目前尚处于试制、试验阶段，相关技术发展亟需代表性应用领域的需求牵引，相关标准体系亟需建立。预计，在航空航天等典型领域应用需求牵引下，大面积高效柔性钙钛矿太阳能电池关键技术有望在3年左右时间实现突破，并实现规模应用。
