小面积器件vs.大面积组件：钙钛矿规模化性能衰减机制对比

钙钛矿太阳能电池（PSCs）具备出色的光电性能、较低的制造成本，还能做成轻量柔性结构，这些特点使其在可再生能源领域持续受到关注。目前其PCE已与晶硅电池相当，但从实验室走向市场，仍有三道坎没过：户外长期运行稳定性、高性能大面积组件的可扩展制造，以及材料的环境可持续性。过去两年里，认证效率记录频繁更新。反型PSC在2024年首次超过了正型结构的认证效率；钙钛矿/硅叠层器件稳态PCE达33.89%，突破了单结S-Q极限，最新认证已超34%；715.1 cm²面积的PSM认证PCE达22.46%，组件与小面积器件之间的效率差距也在缩小。美能大平台钙钛矿电池PL测试仪通过无接触式测试，监测各个工艺段中的异常，了解单节叠层钙钛矿电池的缺陷分布信息。

本综述梳理了2024–2025年PSCs在单结效率（超27%）、硅/钙钛矿叠层效率（超34%）、界面工程、稳定性和大面积制造方面的进展，分析了小面积器件与组件之间存在的效率差距，并从提高光电流和材料可持续性两个角度展望了未来方向。

单结钙钛矿太阳能电池

Millennial Solar

目前小面积和厘米级单结PSCs认证PCE分别超过27%和25%，PSM的PCE也接近23%。这些进展背后，界面工程、电荷传输层设计和钙钛矿结晶调控是主要推动力。AI和机器学习的介入也开始产生实际作用。柔性PSCs认证PCE接近25%，比功率高达44.1 W/g，在无人机等场景中有具体应用前景。

（a）Me-4PACz、BA、NA和TA的化学结构（b）沉积在不同SAMs上的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜图像（c）沉积在不同SAMs上的钙钛矿薄膜的横截面扫描电子显微镜图像。（d）c-SAM和a-SAM上钙钛矿薄膜的光致发光强度图（e）c-SAM和a-SAM上钙钛矿薄膜的准费米能级分裂直方图

（a）BZS、4CH3-BZS和4Cl-BZS配体的示意图和静电势（b）配体以平面或平行取向（Conf-para）吸附在钙钛矿表面上的原子结构（c-d）不同面积冠军器件的J-V曲线： 0.05 cm²和1.04 cm²（e）近年来已发表的nip和pin型钙钛矿电池性能总结

界面工程：自组装单分子层在透明导电氧化物表面的均匀覆盖是实现高效器件的关键。通过原子层沉积ITO、三齿锚定分子、共价键双层、快速羟基化等策略，显著提升界面结合强度，器件在85°C/85% RH湿热测试1000小时后效率保持98.9%。埋底界面通过引入羧酸功能化分子改善润湿性，小面积器件效率达26.69%，11.1 cm²组件认证效率22.74%。顶部钝化采用平行取向配体使反式电池认证效率首次超过正式结构（26.15%）。二维/三维异质结方面，类钙钛矿材料及双面异质结结构使平方厘米级器件效率达24.6%，开路电压与填充因子乘积达S-Q极限的91%。

（a）原子力显微镜图像（b-c）X射线衍射图谱（d）mPy和pPy分子的器件架构及理想空间构型（e）mPy和pPy分子在ITO表面键合的平衡分子表示顶视图和侧视图

（a）全湿法加工制备p-MPSCs的工艺流程示意图及印刷三层介观结构中的电荷分离过程（b）器件在65°C温度下的运行稳定性

电荷传输层设计：开发无杂原子芘核分子、轴对称分子等新型自组装单分子层材料，器件效率超26%，3000小时光照后保持94%初始效率。机器学习辅助发现新型空穴传输（HTL）分子，效率26.2%（认证25.9%）。可印刷介观结构效率达22.2%，MoS₂电子传输层（ETL）器件效率25.7%（认证25.4%），连续光照2000小时稳定。

(a)具有原位形成的覆盖层的中间薄膜的示意图及功能描述(b)时间分辨掠入射广角X射线散射谱。(c)GIWAXS图谱(e)不同厚度FA基钙钛矿吸收层的紫外-可见吸收光谱

钙钛矿结晶调控：针对α-FAPbI₃相稳定性，通过“按需生成”路易斯碱、共晶分子配体、二维模板等策略实现高效稳定。引入原位保护层使器件在80%相对湿度下制备，效率23.4%。采用醋酸盐中间相辅助结晶，无甲基氯化铵器件认证效率25.94%。反式结构通过高米勒指数晶粒生长实现微米级厚膜，效率26.1%，短路电流密度26.3 mA / cm²。锡基无铅电池通过反式富勒吡咯烷添加剂及Cs⁺辅助二维/三维同步成核，效率达17.13%（认证16.65%）。

（a）NREL对迷你组件的稳定光伏性能认证（b）不同弯曲循环次数下的归一化效率（c）MBAI及相应器件结构的示意图（d）组装的太阳能四旋翼飞行器照片

柔性器件：引入自修复弹性体，柔性器件效率24.51%（认证24.04%），10000次弯曲后保持90%初始效率。采用硫酸亚锡生长SnO₂，效率25.09%（认证24.90%），为当前最高纪录。超薄衬底器件功率重量比44 W/g，并展示了24块互联太阳能电池驱动的太阳能四旋翼无人机，光伏系统重量仅为无人机总重的1/400。

钙钛矿基叠层太阳能电池

Millennial Solar

钙钛矿材料带隙可在较宽范围内调节，这使其很适合与其他太阳能电池组合构建叠层结构，从而捕获更宽的太阳光谱。目前钙钛矿/硅叠层认证PCE已超34%，突破了单结光伏电池的S-Q极限。

钙钛矿/硅叠层相关实验数据

钙钛矿/硅叠层：通过核工程调控宽带隙钙钛矿优先成核，25 cm²叠层效率29.4%（认证28.8%）。乙二胺二氢碘化物/氟化锂双层钝化使器件认证稳定效率33.89%，首次超S-Q极限。非对称自组装单分子层实现34.58%认证效率，开路电压近2 V。

钙钛矿/钙钛矿叠层相关实验数据

钙钛矿/钙钛矿叠层：构建定制二维层改善宽带隙子电池均匀性，1.05 cm²器件效率28.5%（认证28.2%），近期通过(100)择优取向达29.1%。绿色溶剂体系实现刮涂宽带隙电池，20.25 cm²组件效率23.8%。通过调控DMSO含量平衡锡铅结晶，引入氨基酸盐、吸电子配体等策略，全钙钛矿叠层组件稳态效率24.5%。

钙钛矿/有机叠层相关实验数据

钙钛矿/有机叠层：氧化还原介体抑制卤素迁移，器件效率25.22%（认证24.27%），T90 > 500小时。拟卤素SCN⁻掺杂抑制相分离，认证效率25.06%。特定异构体钝化剂将开路电压提升至1.36 V，叠层效率26.4%（认证25.7%），为同类器件最高。

商业化前景

Millennial Solar

通过锍基分子处理、石墨烯-聚合物界面增强、混合自组装单分子层、芳香族膦酸及苯基硒氯等策略，全面提升钙钛矿电池在户外工况下的稳定性

稳定性：锍基分子处理使未封装器件在环境空气中保持黑相两年，4500小时最大功率点追踪后效率损失<1%。石墨烯-聚合物界面将光致晶格膨胀变形率从0.31%降至0.08%，3670小时后保持97%初始效率。混合自组装单分子层增强界面键合，热循环500次后保持95%效率。芳香族膦酸抑制紫外诱导降解，组件户外29周保持超16%效率。苯基硒氯调控昼夜循环晶格应变，T80寿命延长十倍。

通过杂质原位转化二维相、添加剂协同、水相合成公斤级高纯晶体及层流空气干燥技术，实现大面积组件效率突破与户外能量产出超越硅组件

可扩展制备：功能性阳离子将杂质原位转化为二维相，715.1 cm²组件认证效率22.46%，填充因子81.21%。甲基氯化铵与离子液体协同使27.22 cm²组件认证效率22.97%。水相合成获得纯度99.994%的FAPbI₃晶体，实现公斤级生产，成本降低两个数量级。层流空气干燥器实现0.7906 m²组件认证效率15%，户外一年能量产出比硅组件高29%，第一年降解率<2%，预计寿命9年。

当前单结与叠层效率分别突破27%和34%，组件效率和稳定性不断刷新，已处于商业化门槛。未来需重点：提升光电流（开发低吸收高导传输层、微纳光子结构减反，将短路电流密度从26 mA/cm²提升至27.3–28.7 mA/cm²的理论极限）；缩小面积放大效率差距（发展保持高质量的大面积沉积技术、致密均匀钝化层）；完善回收体系（水相回收率99.0%，分层回收可回收质量分数99.97%，成本降低60%以上）；借助人工智能加速材料筛选与工艺优化。当组件效率达20%、寿命7年（叠层31%、8年）时，平准化度电成本可降至7.75美分/(kW·h)，具备与硅技术竞争能力。

美能大平台钙钛矿电池PL测试仪

Millennial Solar

大平台钙钛矿电池PL测试仪通过非接触、高精度、实时反馈等特性，系统性解决了太阳能电池生产中的速度、良率、成本、工艺优化与稳定性等核心痛点，并且结合AI深度学习，实现全自动缺陷识别与工艺反馈。

PL高精度成像：采用线扫激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 颜色灰度：同时清晰呈现高亮区域（如无缺陷区）与低亮区域（如缺陷暗斑）

高速在线PL检测缺陷：检测速度≤2s，漏检率< 0.1%；误判率< 0.3%

AI缺陷识别分类训练：实现全自动缺陷识别与工艺反馈

美能大平台钙钛矿电池PL测试仪采用无接触式测试方式，可实时监测钙钛矿电池各工艺段中的薄膜质量异常，精准定位单结及叠层电池中的缺陷分布。

原文参考：Key Advancements andEmerging Trends of Perovskite Solar Cells in 2024–2025

*特别声明：「美能光伏」公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递光伏行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，若有侵权，请及时联系我司进行删除。