首页〞焦点娱乐平台〝首页碳中和的趋势有力地推动了对低成本高功率转换效率（PCEs）的新型光伏（PV）技术的探索。

　　钙钛矿太阳能电池（PSCs）是一种有前途的实验室规模的光伏技术，单结电池的PCEs高达到25.7%，与晶体硅串联的太阳能电池（TSCs）的PCEs达到32.5%。

　　与其他成熟的光伏技术相比，PSC还具有更高的功率输出、更强的弱光性能和机械灵活性等优势，使其能够被整合到各种包括交通、建筑一体化光伏、航空航天和物联网等应用中。

　　尽管钙钛矿太阳能电池已进入初步商业化阶段，但在正式大规模商业化之前，仍然需要应对一些重大技术挑战，确定下一阶段可能的研究重点，包括：

　　(1)从实验室大小的设备中提高钙钛矿太阳能模组（PSMs）的效率。(2) 提高电池的的稳定性和耐用性。(3)优化钙钛矿串联太阳能电池（TSCs）的效率、稳定性以及大面积宽带隙和窄带隙钙钛矿子电池和互连层（ICLs）的加工。

　　目前，具有最高25.7% PCEs的PSCs是基于旋涂的小面积器件（≈0.1 cm2）。在实验室制作的PSMs通常小于100 cm2，PCE最高也只有21%左右。2020年松下制备的面积为804平方厘米的PSMs上具有17.9%的PCEs。大面积PSM的效率仍然有待提高。

　　传统的旋涂方法不适合制造大面积的PSM（200 cm2）。因此当前已经开发了包括槽模涂层、喷雾涂层、喷墨打印和刀片涂层几种溶液涂层技术，具有原料利用率高、成本低、生产速度快。平准化度电成本（LCOE）是决定钙钛矿太阳能电池的未来商业化的一个关键因素。

　　降低LCOE需要同时优化成本、效率和寿命。开发没有瓶颈的高产量生产方法对于降低制造成本至关重要。

　　槽模涂层方法由于其较高的生产速度和设备兼容性，非常适合钙钛矿太阳能电池的生产。为了得到全覆盖、大面积、表面光滑、结晶度高、缺陷少的钙钛矿薄膜，则要保持结晶的物理/化学一致性。要想获得高质量像旋涂法那样成功的钙钛矿薄膜非常具有挑战性的。

　　因此，对在添加剂和溶剂影响下的钙钛矿结晶动力学进行更全面的研究，以实现最佳的钙钛矿薄膜非常必要。

　　为了提高大面积PSMs的效率，首先需要确保升级后的生产方法具有高可重复性，其次要能够选择具有成本效益和可扩展的方式来沉积低成本的电荷提取/传输层，以及底部和顶部电极，最后是确保PSMs的最佳结构设计可以用于实现高光伏性能。

　　为了实现上述要求，应首先开发最佳的钙钛矿前体油墨，以便能够制造高质量的大面积钙钛矿薄膜。

　　这包括开发适当成分和多功能的添加剂，可以稳定前体溶液，调节钙钛矿的结晶，钝化体相位缺陷，并抑制离子迁移和相变。

　　然后，还应开发低成本、高度稳定的电荷传输和界面层。开发能够同时抑制缺陷状态、增强载体提取和防止设备退化的多功能界面材料。设计最佳的设备结构和激光划线工艺，提高PSMs制造工艺的一致性，以促进工业化。

　　最后，还必须开发新的表征工具，用于研究大面积涂层期间的钙钛矿结晶，建立准确的宏观和微观缺陷检测和评估方法，形成实现均匀大面积薄膜形成的实证指南，并缩短技术开发的时间周期。

　　与小尺寸的PSCs相比，大面积的PSMs由于活性面积的增加和更复杂的模组结构而有更多的退化路径，这往往会显著影响其长期稳定性。了解不同老化测试下的器件退化机制，并为PSMs制定加速应力测试（AST）标准至关重要的。

　　钙钛矿PV的不稳定性通常来自两个方面 ：一是钙钛矿材料本身在温度、光线和偏置电压等应力下的固有不稳定性；二是外部因素，如环境空气中的湿度和氧气。封装无法防止离子迁移和相分离引起的钙钛矿降解。

　　此外，钙钛矿光伏中运输层和电极的不稳定性也会限制整个设备的稳定性。尽管目前用于晶体硅电池的封装技术已经适应于封装PSM，但如果长期运行后封装失效，水分和氧气仍然会使PSMs降解。

　　常用于小面积设备的85%RH/85℃湿热试验和最大功率点跟踪（MPPT）试验也可用于大面积PSMs。然而，大型PSMs还有互连和热点两个问题的影响。

　　互连处的钙钛矿可能会在热、光和湿度下退化。一旦PSMs中的一个小点不能正常工作，就会导致多余的电子在小点处积累，导致PSMs严重发热，从而使其退化。

　　进一步提高85%RH/85℃湿热稳定性和MPPT稳定性的策略可以归纳为以下几个方面：

　　(1）考虑到温度、湿度和光照的综合影响，开发具有较少微观缺陷的高质量钙钛矿层，以提高PSMs对水、氧、光和热的稳定性。

　　(2) 开发具有快速电荷提取功能的稳定CTLs，以避免界面上的电荷积累造成的退化。

　　尽管基于甲脒铅碘盐（FAPbI3）的单结PSCs的PCEs已达到25%，但近红外区域的大部分光线仍然无法被有效利用，这使得近两年来PCEs的进一步提升受到阻碍。

　　由具有不同带隙（Eg）的多个活性层组成的串联太阳能电池可以吸收更广泛的光线，有望突破单结PSCs的Shockley-Queisser（S-Q）极限效率瓶颈。

　　目前主流的双终端（2 T）串联太阳能电池（TSCs）是由顶部的宽带隙（WBG）子电池和底部的窄带隙（NBG）子电池组成。顶部的子电池负责吸收高能的光子，而底部的子电池则吸收低能的光子。因此，2T-TSCs可以扩大太阳能光谱的利用范围，在整个光谱范围内更合理地使用光子，减少热能损耗。

　　根据NBG子单元使用的活性层材料，2T-TSC主要分为以下四种类型：2T钙钛矿/晶体硅（perovskite/c-Si）（认证的PCEmax=32. 5%），钙钛矿/钙钛矿（全钙钛矿）（认证的PCEmax=29.0%），钙钛矿/铜铟镓硒（钙钛矿/CIGS）（认证的PCEmax=24.2%），以及钙钛矿/有机物（认证的PCEmax=23.1%）单晶TSCs。

　　开发高性能的WBG子单元和互连层（ICL）是实现高效和稳定的2T-TSCs的关键。为实现这些目标，应强：

　　（1）通过组件调节和界面钝化，使WBG子单元具有高开路电压，解决其在2T-TSCs中的高能量损耗的关键问题。

　　(2) 通过多功能缺陷钝化材料和优化的薄膜沉积工艺，抑制混合卤素钙钛矿在运行过程中的相分离，解决WBG子电池中普遍存在的不稳定性问题。

　　(3) 使用具有高透光性、高导电性和低串联电阻的低成本的ICL，以减少2T-TSCs的光学寄生吸收和VOC/FF损失。

　　(1) 对于2T钙钛矿/c-Si TSCs，大面积WBG过氧化物薄膜和功能层在硅表面的共形生长和均匀沉积是商业化之前必须解决的关键问题。

　　(2）对于全钙钛矿TSCs，开发合适有效的脱氧剂，如Lewis碱/酸添加剂或新型还原剂，以获得高质量、低缺陷密度的Pb-Sn混合NBG钙钛矿薄膜至关重要。此外，阳离子掺杂、添加剂工程或混合低维材料也可用于最大化NBG子单元的性能。

　　(3) 对于钙钛矿/CIGS TSCs，与钙钛矿/c-Si TSCs一样，最大的挑战是在粗糙的CIGS薄膜表面沉积均匀而致密的WBG过氧化物薄膜。

　　(4) 对于钙钛矿/有机TSCs，开发具有高性能和超过1000纳米宽光谱响应范围的近红外活性层材料至关重要。此外，开发有效的策略来抑制器件运行过程中WBG钙钛矿中I/Br离子的严重相分离也很关键。

　　尽管关于高效和稳定的PSCs的研究相当活跃，但开发具有与商业太阳能电池板类似的效率和稳定性的PSMs的进展却相对缓慢。 幸运的是，越来越多的公司正在尝试将钙钛矿光伏电池商业化。

　　PSCs未来的研究应该是专注提高钙钛矿光伏的效率和长期稳定性，特别是在较大尺寸的电池（模组规模）上，以达到具有商业化的成本效益。为此必须：

　　（1）开发高效稳定的钙钛矿材料、功能添加剂、界面材料和最佳设备结构，以提高单结电池的PCEs至28%。开发最佳的钙钛矿浆料配方和器件加工流程，以支持大面积PSMs的产业化发展；

　　（2）开发用于制作迷你模组（200cm2）的合适工具和方法。优化制作迷你模块的钙钛矿材料、ETL、HTL和封装方面获得的经验也应适用于开发PSMs，以促进更快的材料和模块工艺优化；

　　（4）在公司和学术界之间建立密切的合作关系，以解决开发大尺寸PSM（800cm2）的紧迫问题；（5）悬着比较容易商业化的方案，2T钙钛矿/c-Si TSCs在实验室规模中PCE32%，是最接近商业化的钙钛矿基串联光伏技术。（作者：Energist，能源学人）

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