钙钛矿太阳能电池是依靠钙钛矿结构材料进行光电转换的一种新型光伏电池，属于第三代太阳能电池。其制备温度低、成本具有竞争力，在室内弱光条件下也能高效发电。

钙钛矿作为一种人工合成材料，在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大，从此大放异彩。近年，全球顶尖科研机构和大型跨国公司，如牛津大学、瑞士洛桑联邦理工学院、日本松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力，力争早日实现量产。

2017 年 2 月，纤纳光电以 15.2%的转换效率，首次打破此前长期由日本保持的钙钛矿小组件的世界效率纪录。此后，分别在当年 5 月和 12 月，以 16%和 17.4%的转换效率实现了一年三破世界纪录的佳绩。这一次，他们又将钙钛矿小组件转换效率提升至 17.9%，稳态输出效率达 17.3%。该结果再一次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术领先优势。

2022年，南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授课题组和英国牛津大学学者，运用涂布印刷、真空沉积等技术，在国际上首次实现了大面积全钙钛矿叠层光伏组件的制备，开辟了大面积钙钛矿叠层电池的量产化、商业化的全新路径。经国际权威第三方测试机构认证，该组件稳定的光电转换效率高达21.7%，是已知的钙钛矿光伏组件的世界最高效率。该成绩被最新一期的《太阳电池世界纪录表》收录，相关成果近日刊发于国际权威学术期刊《科学》。

2022年10月18日，宁德时代新能源科技股份有限公司“钙钛矿太阳能电池及其制备方法、用电设备”专利公布。

2023年4月21日消息，中国能源报官方微信公众号更新文章，宣布由杭州纤纳光电科技有限公司自主研发的钙钛矿太阳能电池 α 组件顺利通过了 IEC61215、IEC61730 稳定性全体系的国内外双认证，并获颁了全球首个钙钛矿分布式电站的容量评估报告。纤纳光电成为全球首家同时获得国内外双认证和钙钛矿电站实证检测的机构。

2024年8月2日，北京理工大学等国内单位科研团队合作，成功突破钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池制备技术难题，并开发出光电转换效率达32.5%、具有长期运行稳定性的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。相关成果在国际学术期刊《科学》发表。

2025年3月7日，华东理工大学的一项研究成功破解钙钛矿太阳能电池稳定性较差，难以长期使用的难题，相关成果已发表在国际顶级期刊《科学》（Science）。

2025年6月，海南大学物理与光电工程学院新能源光电材料与器件团队自主研发的钙钛矿太阳能电池，经中国国家光伏产业计量测试中心认证，稳态光电转换效率达27.32%，这一数值超越了美国国家可再生能源实验室今年2月公布的26.95%效率纪录，以及马丁·格林太阳能电池效率统计表5月收录的27.3%行业标杆值，标志着海南大学在第三代光伏技术领域跻身全球领先行列。

2025年6月，中国科学院长春应用化学研究所消息，该所秦川江、王利祥研究团队在新型有机自组装分子设计及其在钙钛矿太阳能电池中的应用研究中取得重大突破。研究团队首次开发出一种高效、稳定且分散性优异的双自由基自组装分子材料，显著提升了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、运行稳定性和大面积加工均匀性。相关成果发表在国际期刊《科学》上。

2025年12月27日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所在《焦耳》（Joule）上报道了在喷涂法制备高质量钙钛矿薄膜方面的重要进展。该研究提出了一种液滴限域结晶策略，通过调控溶剂配位结构，有效抑制了喷涂过程中的副反应，实现了低缺陷、高结晶质量薄膜的制备。基于此策略制备的钙钛矿太阳能电池实现了25.5%的最高光电转换效率（第三方认证25.2%），并制备出效率超过22.5%的小型组件。该方法在约80%的相对湿度下仍可稳定施行，并成功在复杂刚性曲面上实现了无旋涂的高效器件制备（效率超23.2%），支持图案化沉积，为钙钛矿光伏器件在建筑、交通等领域的原位制造提供了重要技术基础。

2025年12月30日，中国科学院院士李永舫在采访中表示，其实验室的钙钛矿-有机叠层太阳能电池的能量转化效率已突破28%。该类电池稳定性优于单结钙钛矿和单结有机太阳能电池，效率可超过钙钛矿太阳能电池，有望在便携可穿戴能源、建筑光伏一体化、室内光伏等领域的柔性太阳能电池中获得广泛应用。

钙钛矿-有机叠层太阳能电池稳定性优于单结钙钛矿和单结有机太阳能电池、效率可超过单结钙钛矿太阳能电池。例如，李永舫院士团队近期开展的研究中，其实验室制备的钙钛矿-有机叠层太阳能电池的能量转化效率已突破28%。

该类电池因其“轻薄柔”的特性，有希望在便携可穿戴能源、建筑光伏一体化、室内光伏等领域的柔性太阳能电池中获得广泛应用。

钙钛矿太阳电池发展现状良好，但仍有若干关键因素可能制约钙钛矿太阳电池的发展：

1、电池的稳定性问题。

2、吸收层中含有可溶性重金属Pb

3、现今钙钛矿应用最广的为旋涂法，但是旋涂法难于沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜，故还需对其他方法进行改进，以期能制备高效的大面积钙钛矿太阳电池，便于以后的商业化生产。近年来，喷涂法等大面积制备技术的研究取得进展，通过优化结晶策略等方法提升了薄膜质量和器件效率，为商业化生产提供了新的技术路径。

4、钙钛矿太阳电池的理论研究还有待增强。

通过剔除或替换钙钛矿中的敏感元素，可优化其性能。例如，以甲脒、铯、铷等阳离子替代甲胺，解决热稳定性差的问题，并调节带隙，提高稳定性和光电效率；以溴、氯替代碘离子，改善带隙，增强吸光与结构稳定性；同时，通过在A位掺杂铯、铷、镧系元素，或在B位掺杂锡、锗等金属，或A、B位联合掺杂，可提升光电性能，抑制分解，增强抗湿性。

通过使用封装性能优良的材料来隔绝钙钛矿材料与空气和水分的接触，从而减少温度和水分对电池的侵害，提高其稳定性。例如，使用氧化铝、二氧化硅制备的致密薄膜、密封边框和封装胶等材料，可以有效阻隔外部水汽的渗透，形成一层防护屏障。良好的封装可以解决器件的稳定性问题，保证器件的安全性，延长使用寿命。

通过改善钙钛矿电池的结构与界面，可有效提升其抗环境侵蚀能力和机械稳定性。目前，这一目标主要通过界面工程和电解质层优化实现。例如，采用分子修饰层优化载流子传输层，不仅提升了界面电荷传输与提取效率，还促进了空穴和电子对的快速分离与传输；同时，引入二维钙钛矿层作为阻挡层，有助于抑制光诱导下的离子迁移，增强电池稳定性。此外，通过设计多层叠加结构并形成梯度带隙，也能改善载流子收集与传输效率，进一步提高光电转换性能。

为提升钙钛矿电池的环境适应性，可通过涂覆防护涂层或模块化设计增强其抗侵蚀性并降低维护难度，从而提高稳定性。如氟化物、氧化铝等透明涂层可阻挡水汽和紫外线而不影响光吸收；模块化结构则通过分隔各功能层，便于在局部失效时更换组件。此外，增加导热或光管理模块，也有助于控制温度和光照，减少稳定性问题。

表面钝化技术通过填补钙钛矿薄膜表面的卤素空位和未配位的Pb2+离子，有效减少了表面缺陷，降低了非辐射复合的发生概率。引入特定钝化剂与表面缺陷形成稳定的化学键，从而增强薄膜表面的稳定性，提高其耐受外界环境的能力。此外，钝化处理提升了钙钛矿与界面空穴层之间的载流子抽取能力，促进了电子的分离，减少了电荷的非辐射复合，最终提高了开路电压和光电转换效率。

在三维钙钛矿层上施加有机-无机杂化材料作为二维钙钛矿层，可以显著提升钙钛矿太阳能电池在湿热条件下的稳定性。经过二维钙钛矿层保护的电池在湿热环境中光电转换效率下降速度明显减慢，经过长时间储存后仍能保持较高的光电转换效率，而未经保护的电池则迅速下降，显示出明显的稳定性差异。

引入油酸可显著改善钙钛矿薄膜质量，从而使其在大气环境下具备更稳定的性能。具体而言，油酸能与前驱体溶液中的Pb2+和I-离子反应，进而钝化钙钛矿层的深浅能级缺陷，减少薄膜缺陷状态，提升整体质量。同时，油酸的加入还能促进晶粒生长，增大晶粒尺寸，减少晶界数量，降低载流子在晶界处的复合概率。因此，经油酸处理的钙钛矿太阳能电池不仅表现出更高的光电转换效率，而且在空气中长期储存后仍能保持良好稳定性，显著提升了整体性能。

太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装置。1839年, 法国物理学家Becquerel发现了光生伏特效应，1876年，英国科学家Adams等人发现，当太阳光照射硒半导体时，会产生电流。这种光电效应太阳能电池的工作原理是，当太阳光照在半导体 p-n 结区上，会激发形成空穴-电子对（激子）在p-n结电场的作用下，激子首先被分离成为电子与空穴并分别向阴极和阳极输运。光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路就形成电流。

Fritts在1883年制备成功第一块硒上覆薄金的半导体/金属结太阳能电池, 其效率仅约 1%。1954 年美国贝尔实验室的 Pearson，Fuller和Chapin等人研制出了第一块晶体硅太阳能电池，获得4.5%的转换效率, 开启了利用太阳能发电的新纪元。

此后, 太阳能技术发展大致经历了三个阶段：第一代太阳能电池主要指单晶硅和多晶硅太阳能电池，其在实验室的光电转换效率已经分别达到25%和20.4%；第二代太阳能电池主要包括非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池。第三代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池, 如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等。

2024年9月30日，国际顶尖学术期刊《自然》在线发表南开大学化学学院袁明鉴教授课题组与加拿大多伦多大学爱德华·萨金特教授课题组的联合研究进展。研究团队针对钙钛矿太阳能电池在高温工况条件下稳定性不足这一领域难题进行深入研究，首次揭示了合金钙钛矿薄膜内部复杂的化学组分偏析问题。基于此，研究团队发展了一种全新的原位结晶动力学调控策略，成功制备出了兼具高效率与高工况稳定性的钙钛矿太阳能电池器件，标志着在该领域的重大技术突破。

2025年3月7日，钙钛矿太阳能电池因其高效、低成本、轻量化等特点，被视为未来光伏技术的重要方向。然而，这类电池存在一个关键问题——稳定性较差，难以长期使用。华东理工大学的一项研究成功破解了这一难题，相关成果已发表在国际期刊《科学》（Science）。据悉，科研团队成功找到延长钙钛矿太阳能电池寿命的关键方法，这项“命短”难题的破解，让人类距离用上更便宜、更轻薄的太阳能板又近了一大步。

2025年5月消息，我国企业和高校创新团队提出太阳能电池材料钙钛矿的涂层革新技术，实现了平米级钙钛矿组件的稳定批量生产，推动钙钛矿技术实现了从实验室到规模化应用的跨越。5月22日，该项研究成果发表于《科学》杂志。

钙钛矿晶体为ABX3 结构，一般为立方体或八面体结构。在钙钛矿晶体中，B离子位于立方晶胞的中心，被6个X离子包围成配位立方八面体，配位数为6；A离子位于立方晶胞的角顶，被12个X离子包围成配位八面体，配位数为12，如图所示，其中，A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆积。

钙钛矿太阳电池中，A离子通常指的是有机阳离子，最常用的为CH3NH3+

(RA = 0.18 nm)，其他诸如NH2CH=NH2+(RA = 0.23 nm)，

CH3CH2NH3+(RA = 0.19-0.22 nm) 也有一定的应用。B离子指的是金属阳离子，主要有Pb2+(RB = 0.119 nm)和Sn2+(RB = 0.110 nm)。X离子为卤族阴离子, 即 I− (RX = 0.220 nm)、Cl−(RX = 0.181 nm)和Br−(RX = 0.196 nm)。

如图a所示，介孔结构的钙钛矿太阳电池为：FTO导电玻璃、TiO2 致密层、TiO2 介孔层、钙钛矿层、HTM层、金属电极。

在此基础上，Snaith等把多孔支架层n型半导体TiO2 换成绝缘材料Al2O3，形成如图b所示的一种介观超结构的异质结型太阳电池。

更进一步地，去掉绝缘的支架层，如图c所示，制备出具有类似于p-i-n结构平面型异质结电池。

Gratzel等还在介孔结构基础上将HTM层直接去掉，形成CH3NH3PbI3/TiO2异质结， 制备出一种无HTM层结构，如图d所示。

此外, Malinkiewicz等人把钙钛矿材料作为吸光层用于有机太阳能电池的结构中。

在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。

然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被负极收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后正极收集，当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低。

最后，通过连接负极和正极的电路而产生光电流。

钙钛矿材料具有吸湿性，会吸收环境中的水分子。当空气中的湿度达到一定程度，过多的水分子会与钙钛矿成分发生反应，导致其晶体结构改变，进而影响其光电性能。

氧气会与钙钛矿材料中的成分发生反应，生成水分子和碘分子等产物。随着水氧含量的逐步增多，碘化氢易溶于水使溶液呈酸性，加速钙钛矿材料的降解过程。氧气单独对钙钛矿的影响较小，主要是在光照或者水的参与下共同诱导钙钛矿分解。

1、高温下，钙钛矿晶体中的离子会发生更大的位移，导致晶格中的部分键长、键角发生变化，进而引发晶格失稳。

2、除了在不同温度范围会导致钙钛矿晶体发生相转变之外，较高的温度还会导致钙钛矿在相转变之前直接分解。

3、在水和氧气的辅助下，钙钛矿在高温中会快速分解。

紫外线通过破坏钴氧键等化学键，致使氧化物离子运动混乱，进而破坏钙钛矿晶体结构，影响电池的光电转换效率，降低光生电荷的分离和提取能力。除此之外，紫外线通过引发钙钛矿材料中的离子移动，产生大量结构缺陷，加速材料分解，影响电池的稳定性，缩短其使用寿命。

电场的存在会破坏钙钛矿中有机和无机离子之间的弱键合。钙钛矿中MA+和I-的离子迁移活化能较低，分离以后在电场的作用下会发生离子迁移。一旦离子发生迁移离开原来的品格位置，钙钛矿薄膜中就会形成各种缺陷态。特别是与价带和导带附近的能级相近的缺陷态会严重影响钙钛矿的电子特性和长期稳定性。

因溶液法局限性，多晶钙钛矿存在深能级和浅能级两种缺陷，它们以不同方式影响钙钛矿太阳能电池：深能级缺陷显著降低电池的介电性能和光电转换效率；浅能级缺陷在电场作用下会通过晶界迁移并在界面聚集产生掺杂效应，导致局部能带弯曲、迟滞、相分离，甚至引起钙钛矿或电极分解，影响器件稳定性。同时，缺陷不仅直接降低器件稳定性，还会与水、氧、光、电、热等外界刺激协同作用，为水和氧渗透及离子迁移提供通道，促进光、电、高温环境下的离子迁移，且缺陷捕获电荷时，都会加速钙钛矿的分解。

应力或应变对钙钛矿电池的稳定性具有重要影响。一般而言，压缩应力可提高离子迁移活化能，增强材料稳定性，而拉伸应力则降低活化能，促进离子迁移，削弱稳定性。同时，拉伸应变会增加缺陷生成能，压缩应变则降低该能量，均会对稳定性产生影响。适当应力还能抑制相分离，提升结构稳定性。此外，压缩应变有助于增强抗辐射性，适用于太空环境。尽管一定残余应力有利于稳定性，但应力过大可能引发裂纹，损害力学性能。因此，通过合理调控应力或应变状态，可有效提升钙钛矿电池的稳定性。

钙钛矿太阳能电池是由钙钛矿吸光层、电子或空穴传输层以及电极组成的多层结构，势必会形成多个界面。界面间的反应导致电池整体稳定性的降低也是不容忽视的。