钙钛矿太阳能电池：材料创新与多结构组合提升光伏效率

钙钛矿太阳能电池技术近年来在光伏行业中引起了广泛关注，凭借其迅速提升的光电转换效率和显著的技术优势，展现出巨大的发展潜力。从最初的3.8%到如今高达26.1%的单结认证转换效率，钙钛矿电池已经证明了自身作为第三代光伏电池技术的领先地位。这种电池技术不仅带来了更高的光子利用率和易于叠层的可能性，美能UVN2800分光光度计所进行的精确测量，为钙钛矿材料的研发提供了关键数据，支持了材料创新和电池性能的优化。本文将探讨钙钛矿太阳能电池的关键技术优势及其借助高级测量技术在光伏领域的未来应用前景。

 

优点1：带隙可调带来更高的理论转化效率

 

 

钙钛矿叠晶硅组件(并联结构)结构图示

 

钙钛矿材料带隙可调节，理论效率高。钙钛矿是人工合成的材料，根据不同的材料配比，带隙可以调节，并可以与晶硅做成叠层电池。带隙是半导体可以吸收的最低能量，半导体无法吸收能量小于带隙的光子，能从光子获得的能量也不会超过带隙能量。
钙钛矿材料带隙可调节，与晶硅材料或者和经过人工调整的钙钛矿材料叠层后，就可以覆盖大范围带隙，因而能够吸收不同波长的光。目前单结钙钛矿电池理论效率为 31%，与晶硅叠层理论效率超过 43%。

 

 

优点2：原料易获取、工序简单带来成本降低

 

 

相比晶硅电池，钙钛矿工序大大缩短，单 GW 产能投资额更低。同时也省去了晶硅电池前端的硅料提纯、硅片切割等环节，整体生产成本上相较晶硅电池可大幅降低。
根据数据显示，晶硅电池的制备，从硅料到组件至少经过 4 道工序，单位制程需要 3 天以上，同时还需要大量人力、运输成本等；而钙钛矿组件在单一工厂完成生产，原材料经过加工后直接成组件，没有传统的“电池片”工序，大大缩短制程耗时。

 

 

钙钛矿电池之材料

 

 

钙钛矿电池所需的材料包括封装材料和电极材料，其中TCO玻璃是最核心的封装材料。从成本构成来看，电极材料占比占比37%，其次是玻璃及其其他封装材料占比32%。钙钛矿电池成本结构

目前，钙钛矿材料体系尚未定型，不同膜层均有多种选择。封装材料中，产业上常用的TCO导电玻璃分为ITO、FTO和AZO玻璃三类，FTO的导电性能与ITO相比稍显逊色，但具有成本低、膜层硬、光学性能适宜等优点，目前是应用于光伏玻璃领域的主流产品。AZO的光电性能与ITO相近，且AZO原材料简单易得，生产成本低，在未来产业化的进程中具备重大潜力。

 

 

 

钙钛矿晶硅叠层电池

 

 

钙钛矿晶硅叠层电池结构

 

纯钙钛矿电池结构：目前钙钛矿电池分为单结钙钛矿与叠层钙钛矿两类。纯钙钛矿电池可分为 n-i-p和 p-i-n两种器件结构，其中 n-i-p 结构是指电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层的器件结构，p-i-n结构是指空穴传输层-钙钛矿层-电子传输层的器件结构，其中n-i-p器件结构较为常见。

 

叠层钙钛矿电池结构：连续可调的带隙宽度使得钙钛矿适合做叠层多结电池，优势在于其它类型太阳能电池集成以后可以捕捉和转换更宽光谱范围的太阳光，提升电池转换效率。叠层的技术方向主要分为两类，钙钛矿/晶硅叠层电池、钙钛矿/钙钛矿叠层电池。

 

 

TOPCon钙钛矿叠层 与 HJT 钙钛矿叠层比较: 

钙钛矿与TOPCon晶硅电池叠层       

钙钛矿与HJT晶硅电池叠层

相比 TOPCon 电池，异质结电池与钙钛矿电池进行叠层更为理想。一是异质结电池结构相比 TOPCon 电池本身更适合叠层：因为钙钛矿电池与异质结电池进行叠层，异质结电池表面本身就是 TCO，异质结电池的产线无需做更改。
而 TOPCon 电池与钙钛矿电池进行叠层，TOPCon 正面的氮化硅和氧化铝由于是绝缘体不能导电，需要先把氧化铝和氮化硅去掉，或加入进一步掺杂和钝化工 艺；
二是 TOPCon 电池与钙钛矿电池进行叠层的话自身基于电流高的效率优势会被浪费：从实际量产效率来看，TOPCon 和异质结相差不大，但效率的构成参数不同，异质结电池电压高，电流低，TOPCon  电池开压不高，但电流比较高，主要原因为异质结表面 TCO 的透光性不如 TOPCon 表面的氮化硅。
三是钙钛矿/HJT 叠层电池为串联结构，输出超高电压提高转换效率。钙钛矿与异质结具有良好的叠层电池匹配度，可形成较单结 PSCs 效率更高的叠层电池。
异质结是指将 P型半导体与N型半导体制作在同一块硅基片上，在交界面形成的空间电荷区（PN 结），具有单向导电性。具有本征非晶层的硅异质结电池片中同时存在晶体和非晶体级别的硅，非晶硅能更好地实现钝化效果，提高开路电压和转换效率。

 

美能分光光度计

 

美能UVN2800分光光度计是一款用于测量物质透过率、反射率以及吸光度的检测仪器。采用独特的双光束光学设计，可以完美矫正不同ITO薄膜的吸光度变化，从而稳定的进行样品测定。

 

● 采用双光源双检测器设计

 

● 超大波长范围190-2800nm

 

●双光栅光学结构、有效降低杂散光

 

● 积分球直径可达100mm

 

●长期使用不发黄变性、光学性能稳定

 

●可最大限定的降低检测器切换导致的误差

 

钙钛矿太阳能电池技术的持续进步和成本优势预示着其在光伏领域的广阔应用前景。随着美能UVN2800分光光度计等高精度测量设备的支持，钙钛矿材料的研发和性能优化将更加精准，助力技术的进一步商业化。展望未来，钙钛矿太阳能电池有望为全球能源结构转型提供关键技术支持，推动可持续发展目标的实现。