中科院物理所研发的新型薄膜光伏材料——铜锌锡硫硒，再次打破世界纪录，正式迈过了产业化门槛。

这是一种纯无机设计的光伏材料，成本低、寿命长，还能制成薄膜形态。目前，它是钙钛矿之外另一个极具潜力的选手。

什么是薄膜电池？

光伏电池领域有一个细分族群叫薄膜电池。顾名思义，就是特别薄的光伏电池——半导体吸收层厚度只有1到10微米，而常见的光伏电池大约在150到200微米。差距非常大。

薄膜电池的优势很明显：

可做柔性：可以弯曲甚至卷曲，贴合在各种物体上，让光伏无处不在

比功率大：单位质量的发电能力极强。相同效率、相同功率下，材料用量比常规晶硅电池小数十倍到数百倍

目前比较成熟的薄膜电池主要有三种：碲化镉（份额最大，已实现GW级量产）、铜铟镓硒、非晶硅。此外，常用于卫星的砷化镓也有薄膜版本，但制造成本很高。

钙钛矿：薄膜电池的明星选手

说起薄膜特性，不得不提大名鼎鼎的钙钛矿。它被视为晶硅电池的下一个主流路线：

单节效率可达26.7%

叠层可超过30%，甚至逼近40%

钙钛矿同样具备超薄特性，比功率比商用晶硅电池高出1000多倍。

马斯克的星链卫星逐步采用钙钛矿，正是看中了这一点——超高的比功率可以显著降低太阳能帆板的质量，对载荷锱铢必较的航天发射至关重要。

但钙钛矿有一个致命短板：寿命问题。

钙钛矿属于有机无机杂化材料，有机成分是一把双刃剑——既带来了高比功率，又大幅制约了寿命。

它对湿热因素非常敏感，容易自行降解。传统钙钛矿裸件在高温下的T90寿命（衰减到90%的时间）只有几百到上千小时。

今年2月，武汉大学在《科学》上发表成果，将高温T90延长到了5000小时——但算下来也只有200多天。与硅基电池20到25年的寿命相比，仍然无法相提并论。

因此，钙钛矿的商业化必然高度依赖封装技术，而封装又会损失比功率、抬高成本。这是一个无法忽视的弊端。

铜锌锡硫硒：纯无机的潜力选手

中科院物理所突破的铜锌锡硫硒，在多个方面相比钙钛矿有独家优势。

优势一：纯无机，本征寿命长

铜锌锡硫硒是纯无机配方，不存在钙钛矿的有机成分问题，本征寿命更长，不需要依赖复杂的封装技术。

优势二：无毒环保

铜锌锡硫硒中的所有元素都比较丰富、容易获取，且不含铅。而目前最具商业化潜力的钙钛矿配方中是含铅的——虽非不可替代，但非铅钙钛矿的效率差距在10个百分点以上，无法商业化。

优势三：抗紫外线

钙钛矿对紫外线敏感，紫外线会加速其分解。而铜锌锡硫硒是无机设计，在持续紫外线照射下不会发生光催化效应，更加稳定。

最大的短板：效率

铜锌锡硫硒最大的问题是效率低。

早期其效率只有10%出头，毫无商业化潜力。转折点在2022年——中科院物理所首次突破13%效率，打破了十年的停滞。此后一鼓作气，连续10次刷新世界纪录，到2026年干到了16.6%，是目前该领域最强战绩，没有之一。

后续20%已经可以展望，甚至追平钙钛矿也不是不可能——铜锌锡硫硒的肖克利-奎伊瑟理论极限是32%，而钙钛矿也只是33.7%。钙钛矿能达到今天26%多的效率，也是一路爬上来的。

应用前景：太空光伏

讨论铜锌锡硫硒的实用化前景，太空光伏是最适合的场景。

太空光伏对材料要求极为严格，而铜锌锡硫硒有两个显著优势：

抗辐射能力强：对质子等太空粒子的容忍性非常强，且有一定自恢复特性

抗紫外线：太空中没有大气遮挡，紫外线强度更高，这对铜锌锡硫硒更有利

但铜锌锡硫硒在比功率上处于劣势：

钙钛矿吸收层只有300到600纳米，铜锌锡硫硒是1到2微米

钙钛矿可用超薄塑料衬底（低温工艺），铜锌锡硫硒涉及高温步骤，一般用金属薄片，没那么轻量。

两者比功率大致相差5到20倍。

不过，铜锌锡硫硒的稳定性可能会弥补比功率劣势。对于需要执行长期任务的航天器，它的比功率或许是可以容忍的；

而对于服役期较短的低轨卫星，钙钛矿可能会凭借效率优势直接碾压。

对于薄膜电池而言，效率突破15%就可以逐步进入产业化。

因为薄膜电池的核心优势是柔性和高比功率，可以填补普通硅基电池无法胜任的应用场景——即便效率没有突破20%，也已具备商业化资格。

目前中科院的成果已达到16.6%，直接跨过了产业化门槛。

珍惜薄膜光伏。希望大家有所收获。

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