鈣鈦礦電池一兩年就壞，銅基能用幾十年！這種太陽能電池要翻身了

中科院物理所研發的新型薄膜光伏材料——銅鋅錫硫硒，再次打破世界紀錄，正式邁過了產業化門檻。

這是一種純無機設計的光伏材料，成本低、壽命長，還能制成薄膜形態。目前，它是鈣鈦礦之外另一個極具潛力的選手。

光伏電池領域有一個細分族群叫薄膜電池。顧名思義，就是特別薄的光伏電池——半導體吸收層厚度只有1到10微米，而常見的光伏電池大約在150到200微米。差距非常大。

薄膜電池的優勢很明顯：

可做柔性：可以彎曲甚至卷曲，貼合在各種物體上，讓光伏無處不在

比功率大：單位質量的發電能力極強。相同效率、相同功率下，材料用量比常規晶硅電池小數十倍到數百倍

目前比較成熟的薄膜電池主要有三種：碲化鎘（份額最大，已實現GW級量產）、銅銦鎵硒、非晶硅。此外，常用于衛星的砷化鎵也有薄膜版本，但制造成本很高。

說起薄膜特性，不得不提大名鼎鼎的鈣鈦礦。它被視為晶硅電池的下一個主流路線：

單節效率可達26.7%

疊層可超過30%，甚至逼近40%

鈣鈦礦同樣具備超薄特性，比功率比商用晶硅電池高出1000多倍。

馬斯克的星鏈衛星逐步采用鈣鈦礦，正是看中了這一點——超高的比功率可以顯著降低太陽能帆板的質量，對載荷錙銖必較的航天發射至關重要。

但鈣鈦礦有一個致命短板：壽命問題。

鈣鈦礦屬于有機無機雜化材料，有機成分是一把雙刃劍——既帶來了高比功率，又大幅制約了壽命。

它對濕熱因素非常敏感，容易自行降解。傳統鈣鈦礦裸件在高溫下的T90壽命（衰減到90%的時間）只有幾百到上千小時。

今年2月，武漢大學在《科學》上發表成果，將高溫T90延長到了5000小時——但算下來也只有200多天。與硅基電池20到25年的壽命相比，仍然無法相提并論。

因此，鈣鈦礦的商業化必然高度依賴封裝技術，而封裝又會損失比功率、抬高成本。這是一個無法忽視的弊端。

中科院物理所突破的銅鋅錫硫硒，在多個方面相比鈣鈦礦有獨家優勢。

優勢一：純無機，本征壽命長

銅鋅錫硫硒是純無機配方，不存在鈣鈦礦的有機成分問題，本征壽命更長，不需要依賴復雜的封裝技術。

優勢二：無毒環保

銅鋅錫硫硒中的所有元素都比較豐富、容易獲取，且不含鉛。而目前最具商業化潛力的鈣鈦礦配方中是含鉛的——雖非不可替代，但非鉛鈣鈦礦的效率差距在10個百分點以上，無法商業化。

優勢三：抗紫外線

鈣鈦礦對紫外線敏感，紫外線會加速其分解。而銅鋅錫硫硒是無機設計，在持續紫外線照射下不會發生光催化效應，更加穩定。

最大的短板：效率

銅鋅錫硫硒最大的問題是效率低。

早期其效率只有10%出頭，毫無商業化潛力。轉折點在2022年——中科院物理所首次突破13%效率，打破了十年的停滯。此后一鼓作氣，連續10次刷新世界紀錄，到2026年干到了16.6%，是目前該領域最強戰績，沒有之一。

后續20%已經可以展望，甚至追平鈣鈦礦也不是不可能——銅鋅錫硫硒的肖克利-奎伊瑟理論極限是32%，而鈣鈦礦也只是33.7%。鈣鈦礦能達到今天26%多的效率，也是一路爬上來的。

討論銅鋅錫硫硒的實用化前景，太空光伏是最適合的場景。

太空光伏對材料要求極為嚴格，而銅鋅錫硫硒有兩個顯著優勢：

抗輻射能力強：對質子等太空粒子的容忍性非常強，且有一定自恢復特性

抗紫外線：太空中沒有大氣遮擋，紫外線強度更高，這對銅鋅錫硫硒更有利

但銅鋅錫硫硒在比功率上處于劣勢：

鈣鈦礦吸收層只有300到600納米，銅鋅錫硫硒是1到2微米

鈣鈦礦可用超薄塑料襯底（低溫工藝），銅鋅錫硫硒涉及高溫步驟，一般用金屬薄片，沒那么輕量。

兩者比功率大致相差5到20倍。

不過，銅鋅錫硫硒的穩定性可能會彌補比功率劣勢。對于需要執行長期任務的航天器，它的比功率或許是可以容忍的；

而對于服役期較短的低軌衛星，鈣鈦礦可能會憑借效率優勢直接碾壓。

對于薄膜電池而言，效率突破15%就可以逐步進入產業化。

因為薄膜電池的核心優勢是柔性和高比功率，可以填補普通硅基電池無法勝任的應用場景——即便效率沒有突破20%，也已具備商業化資格。

目前中科院的成果已達到16.6%，直接跨過了產業化門檻。

珍惜薄膜光伏。希望大家有所收獲。