要实现美国政府到 2035 年实现 100% 无碳发电和到 2050 年实现全经济净零碳排放的脱碳目标，将需要部署创纪录水平的可再生技术。迄今为止，最常见的太阳能技术是晶体硅和碲化镉 (CdTe)，其成本近年来已显着下降。美国能源部太阳能技术办公室 (SETO) 表示，为了实现 2035 年的目标，太阳能部署必须在未来三年内翻一番，并最终在 2035 年达到 100 吉瓦。
虽然大多数开发将使用硅和 CdTe，但 SETO 看到了卤化物钙钛矿等新兴技术的潜力。
SETO 发现卤化物钙钛矿的功率转换效率 (PCE)（在单结电池中超过 25%，在含硅的串联电池中超过 29%）显示出前景。钙钛矿的一个优点是它们可以很容易地大批量生产。然而，在钙钛矿准备好进入商业电力市场之前，必须解决重大的技术挑战。
在最近的能源焦点报告中，SETO 涵盖了关键技术障碍、商业化陷阱和机遇，以及克服商业化障碍和挑战的努力。它还引用了 SETO 资助的项目，这些项目可以在 太阳能研究数据库中查看。
主要障碍之一是成本。为了使钙钛矿具有商业竞争力，其平准化电力成本 (LCOE) 必须与其他技术具有竞争力。随着硅和 CdTe 模块的成本下降而保修时间延长，钙钛矿在 LCOE 基础上的竞争将是一个严峻的挑战。
随着研究人员继续开发钙钛矿，我们可以从其他光伏技术的命运中吸取教训。SETO 专注于帮助钙钛矿光伏公司避免这些陷阱并刺激创新，以使这项技术为市场做好准备并加速太阳能的部署。美国部太阳能技术办公室光伏项目经理 Lenny Tinker 博士说。
模块和电池的耐用性
耐久性是钙钛矿光伏最大的技术风险。为了使 LCOE 指标接近 SETO 2030 年 0.02 美元 kWh 的目标，钙钛矿光伏必须在该领域持续至少 20 年，这将需要提高其承受各种环境条件的能力。需要进行大量测试，但今天的测试面向商业化的光伏技术（Si、CdTe 等），不太可能捕获与现场钙钛矿模块相关的所有故障模式。
现有的测试也可能过度或促进钙钛矿器件故障的不相关或非典型模式。SETO 已经发布了一些最低耐久性性能目标，如果这些目标得以实现，将为钙钛矿光伏器件原型已准备好进入初始生产阶段提供强有力的证据。为此，SETO 资助了大量钙钛矿耐久性工作以及测试标准的开发。
效率，通常被认为是钙钛矿光伏的优势，需要对大面积设备进行重大改进，然后才能进入商业领域。虽然钙钛矿光伏的标准化电池和模块外形尺寸尚未最终确定，但标准将成为超越初始示范项目扩展整个行业的关键先决条件。
为了鼓励行业标准化和交流，SETO 正在促进学术界、国家实验室和工业界之间的合作——旨在为共同问题带来不同的观点和专业知识，加快学习周期，并促进知识和技能的转移。PACT和 美国先进钙钛矿制造 (MAP)联盟等行业 联盟允许公司在该行业内连接和分享最佳实践。
商业化的最后一个主要技术障碍是实现高产量，模块效率分布窄。与工艺控制和制造良率相关的障碍往往被低估，钙钛矿太阳能电池尚未在实验室中展示出广泛的工艺灵活性。具有成本效益的沉积工艺将需要容忍诸如沉积工具条件、沉积环境和油墨成分等因素的微小变化。
SETO 在其整个投资组合中强调钙钛矿项目的过程控制，确保性能或效率的变化从过程的角度来看具有统计学意义和稳健性，同时为在扩大规模时可能更容易控制的过程的开发提供资金。
钙钛矿光伏技术以低利率获得投资者融资的能力可能比钙钛矿光伏商业化面临的技术挑战更为重要。
规模化生产线和部署项目需要融资。可融资性与融资者对 (1) 技术挑战已解决，(2) 融资资产的运行时间足够长以提供所需的投资回报，以及 (3) 产品故障和保修索赔的责任直接相关低。确保满足可融资性和耐用性标准是 SETO 的首要任务。
未来机会
钙钛矿技术面临的这些挑战使得它是否以及何时能够实现千兆瓦级部署变得不确定。与此同时，有许多不同的应用可以支持更高的每瓦美元成本和耐用性问题，包括运输、建筑集成光伏、军事行动、航空航天和物联网。扩大钙钛矿产业需要大量资金，只有在投资者和金融家对钙钛矿制造商的盈利能力和钙钛矿模块技术的长期耐用性有信心时，才能实现这一目标。
钙钛矿行业的可持续发展取决于避免这些陷阱，并且需要耐心和谨慎的投资，这与将该技术应用于产品所需的时间表和进展幅度相对应。
SETO 通过不同的计划支持了处于不同发展阶段的各种钙钛矿初创公司，因为 SETO 可以通过向有前途的早期商业实体提供非稀释性资本来支持钙钛矿光伏领域的可持续投资。鼓励在产品开发周期中走得更远、更接近试生产的初创公司通过 SETO 的孵化器计划申请资金。
总的来说，钙钛矿作为太阳能技术的机会是巨大的。它具有发展成为商业电力部门部署的高效、低成本组件技术的潜力，其吞吐率和能源回收时间优于最先进的光伏技术。SETO 呼吁钙钛矿社区的成员增加设备尺寸，展示相关的户外耐用性，并使工艺稳健，以挖掘钙钛矿在太阳能领域的潜力。
