摘　要：在光伏发电竞价、平价上网已成为市场基本态势的背景下，高光电转换效率、低成本的光伏组件是 光伏产业持续快速发展的必然需求。当前，占据市场主导地位的晶体硅光伏组件的光电转换效率提升有限， 且生产成本持续上涨，而发展和应用新一代高光电转换效率、低成本的光伏发电技术是破局核心。钙钛矿太 阳电池具有理论光电转换效率高、峰瓦成本低、生产能耗小、功率温升损失小等优势，发展潜力巨大。根据 当前钙钛矿光伏组件的生产成本和技术水平，通过对其进行技术性及经济性分析，并与单晶硅光伏组件进行 对比，分析钙钛矿光伏组件在集中式光伏电站中的应用前景。 

关键词：集中式光伏电站；钙钛矿光伏组件；光电转换效率；成本；应用前景 

中图分类号：TM615 文献标志码：A

　　截至 2020 年底，晶体硅光伏组件是市场的 绝对主流产品，市场占有率为 95.6%[1]。然而从 2019 年 7 月开始，硅料的价格持续上涨，截至 2021 年 5 月，PERC 单晶硅光伏组件的价格已增 至 1.7 元 /W[2]，导致光伏发电的度电成本也相应 提高。 

　　钙钛矿太阳电池是第三代太阳电池的代表， 具有理论光电转换效率高、峰瓦成本低、生产 能耗小、功率温升损失小等优势，在提升光伏 电站发电量、降低度电成本方面具有非常大的应 用潜力。但目前钙钛矿光伏组件的发展尚处于 初步阶段，虽然钙钛矿太阳电池的光电转换效 率已接近晶体硅太阳电池，然而在光伏组件制 作的过程中往往伴随较高的光电转换效率损 失，导致钙钛矿光伏组件的光电转换效率比晶 体硅光伏组件的低。本文在研究钙钛矿太阳电 池技术现状的基础上，根据当前钙钛矿光伏组 件的生产成本和技术水平，对此类光伏组件进 行技术性及经济性分析，并与单晶硅光伏组件 进行对比，分析钙钛矿光伏组件在集中式光伏 电站中的应用前景。 

1 钙钛矿技术概述 

1.1 钙钛矿太阳电池的发展历程

　　2009 年，Kojima 等 [3] 将 MAPbI3 及 MAPbBr3 作为染料剂应用到液态染料敏化太阳电 池中，但由于液态电解质对钙钛矿材料有很强的 破坏作用，导致器件只能工作数秒，稳定性非常差。2012 年，Kim 等 [4] 以 MAPbI3 作为敏化剂， 以 spiro-OMeTAD 作为空穴传输材料制备了钙钛 矿敏化太阳电池，获得了 9.7% 的光电转换效率； 同年，Lee 等 [5] 以 Al2O3 作为支撑，制备了一种 具有介观超结构的钙钛矿太阳电池，其光电转换 效率达到 10.9%；2013 年，Burschka[6] 等进一步通 过两步法，基于 MAPbI3，以 spiro-OMeTAD 作为电子阻挡层及金对电极，获得了光电转换效率为 14.1% 的钙钛矿太阳电池。2020 年，Zyga[7] 将钙 钛矿太阳电池的光电转换效率提升至 25.5%。 

1.2 钙钛矿光伏组件技术的现状

　　在钙钛矿太阳电池光电转换效率方面，2016 年，瑞士的 Grätzel 课题组利用真空闪蒸处理方 式，使面积为 1 cm2 的钙钛矿太阳电池获得了 19.6% 的光电转换效率 [8]；韩国的 Seok 课题组 通过采用抑制钙钛矿中缺陷密度的方法，将钙钛 矿太阳电池的光电转换效率提升至 19.7%[9]。对 于平面反式结构钙钛矿太阳电池，2015 年日本 国立物质材料研究所的韩礼元课题组报道了 面积为 1 cm2 的平面反式结构钙钛矿太阳电池， 其光电转换效率为 15.0%[10]；随后该课题组进一 步获得了面积为 36 cm2 的微型钙钛矿光伏组件， 其光电转换效率为 12.0% [11]。 

　　在钙钛矿太阳电池稳定性方面，中国华中 科技大学的韩宏伟团队研发的 3 层介观结构钙 钛矿太阳电池，通过利用 5-AVA(5 氨基戊酸 ) 对 MAPbI3 进行修饰，实现了 IEC 61215: 2016-2 要 求的测试条件下持续大功率点跟踪 (MPPT) 时 输出功率无明显衰减。3 层介观结构钙钛矿太阳 电池的结构如图 1 所示 [12]。

2 钙钛矿光伏组件的应用可行性分析

　　目前，钙钛矿光伏组件的光电转换效率大 多在 14.0%～16.0% 之间，与单晶硅光伏组件 20.5% 的光电转换效率仍存在一定差距。但在钙 钛矿太阳电池发展的 10 余年中，其实验室光电 转换效率已从 3.8% 提升至 25.5%，提升速度迅 速，因此，在未来 3～5 年内，通过改进生产工艺， 大面积钙钛矿光伏组件的光电转换效率有望突 破 20.0%。 

　　在器件稳定性方面，成熟稳定的封装工艺和 特殊的结构都可以大幅提高光伏组件的稳定性和 使用寿命。3 层介观结构钙钛矿光伏组件目前已 在实验室中证明了其稳定性，在 9000 h 内 MPPT 情况下功率持续输出无明显衰减。 

　　从封装工艺角度来看，目前晶体硅光伏组件 已有一套完善的封装工艺，而钙钛矿光伏组件的 结构与双玻晶体硅光伏组件的结构十分接近，因 此可以将双玻晶体硅光伏组件的封装工艺应用到 钙钛矿光伏组件的生产线，这样钙钛矿光伏组件 的封装工艺将得到保障，该类光伏组件的使用寿 命有望达到 20～25 年。 

　　在成本方面，由于钙钛矿太阳电池可与晶 体硅太阳电池制成叠层钙钛矿太阳电池，虽然叠 层技术路线的制造成本较高，但单位面积的叠层 钙钛矿光伏组件的输出功率更高，因此可降低土 地、光伏支架、电缆等的建设成本。以目前各类 钙钛矿光伏技术路线中生产成本低、具商业潜力的 3 层介观结构钙钛矿光伏组件为例，按照 2020 年 7 月的物价对此类光伏组件的单位面积 生产成本进行测算，测算结果如表 1 所示。 

　　从表 1 可以看出：3 层介观结构钙钛矿光伏 组件的单位面积生产成本为 121.06 元 /m2 。其中， 光伏组件的单位面积封装成本为 86.50 元 /m2 ，占 其单位面积生产成本的 71.50%；太阳电池的单 位面积印刷成本为 21.64 元 /m2 ，占其单位面积 生产成本的 17.90%。而封装成本中，FTO 玻璃 成本占总封装成本的 48.6%。因此，若想实现此 类光伏组件的产业化，那么需提升产业链中 FTO 玻璃的产能，当 FTO 玻璃成本下降，则钙钛矿 光伏组件的生产成本有望进一步下降。

3 钙钛矿光伏组件应用在集中式光伏电 站的经济性分析

　　以位于贵州省关岭布依族苗族自治县的某集 中式光伏电站为例，在该光伏电站分别使用单晶 硅光伏组件和钙钛矿光伏组件的情况下，对其建 造成本和内部收益率进行模拟分析，从而对比这 2 种光伏组件的经济效益。 

3.1太阳能资源分析

总太阳辐照量Q 的气候学计算式为：

式中：Q0 为水平面天文辐照量；S 为日照百分率；ag、bg 均为经验系数。

在推算年总太阳辐照量时，多是以季节( 月) 的实测太阳辐照量数据与日照百分率等常规气象数据来拟合得到经验系数，从而计算得到理论年总太阳辐照量。

根据本光伏电站所在地附近的4 个气象站( 兴仁站、水城站、威宁站、紫云站) 在2011 年1 月至2016 年2 月期间观测得到的各月太阳辐照量数据与日照时数数据，分别计算得到各月的太阳辐照百分率( 即Q/Q0) 和日照百分率，为分析这二者之间的关系，将相应数据绘制到坐标系中，具体如图2 所示。

从图2 可以看出：各月的太阳辐照百分率和日照百分率具有较好的线性关系，且Q/Q0= 0.6259S+0.1639，R2 =0.80 。结合式(1) ，可得到经验系数g、 bg 分别为0.1639 和0.6259 。在此基础上可得到本光伏电站所在地的年总太阳辐照量。

根据本光伏电站所在地多年内各月太阳辐照量数据，求平均值后可得到各月太阳辐照量均值， 具体如表 2 所示。

从表 2 可以看出：本光伏电站所在地的全年总太阳辐照量为4263.1MJ/平方米 。