综述：钙钛矿光伏技术的提升：统计分析与关键问题

《Journal of Materials Science & Technology》：Upscaling of perovskite photovoltaics: Statistical analysis and key issues

钙钛矿光伏电池大规模产业化中模块分类标准与效率分析研究。提出改进的模块分类标准，涵盖实验室到电站级应用，并基于认证效率数据探讨规模化生产的技术挑战与优化策略。

　　

吴云佳|安阳|黄志峰|田庆勇|范斌|白华

厦门大学材料学院，中国厦门361005

摘要

由于效率的迅速提升，钙钛矿光伏（PV）技术近年来成为研究的焦点。然而，大多数高效设备都集中在较小的面积（约0.1平方厘米）上，即狭义上的钙钛矿太阳能电池。对于需要在实际发电厂中应用的工艺来说，需要尺寸大于20000平方厘米的钙钛矿太阳能组件，以实现足够的功率输出和更低的平准化电力成本（LCOE）。本文提出了一种结合工业标准的尺寸分类方法，该方法基于Martin Green等人和国家可再生能源实验室发布的相关标准进行修改。随后，我们基于认证效率进行了分析，主要变量包括认证时间和组件/电池的尺寸。我们还讨论了钙钛矿光伏的大规模生产和应用中的关键问题，重点关注了重要的技术细节。这些讨论为未来的发展路径提供了开放的思考空间。

引言

自2009年首次出现以来，钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）在过去几十年中迅速提高[[1], [2], [3], [4]]，多个机构报告的认证效率已超过27% [5,6]。与主流的晶体硅（c-Si）太阳能电池相比，后者花了四十多年才达到这一水平[7]，钙钛矿太阳能电池现在是最有前景的钙钛矿光伏技术。在商业太阳能面板中，评估整体输出的是发电能力[8,9]，而不是功率转换效率，而发电能力与太阳能组件的有效面积成正比。通常，太阳能组件由多个串联或并联连接的子电池组成，在大多数c-Si组件中是通过焊接实现的[10]，而钙钛矿太阳能组件（PSM）则经常使用激光刻划技术形成串联连接[11,12]。与实验室制造的小型设备不同，PSM的有效面积不仅用于校准电流密度和单位功率输出，还是影响制造过程和产品兼容性的关键参数，无论是技术上还是经济上。

因此，根据尺寸对钙钛矿光伏进行全面的划分是至关重要的。国家可再生能源实验室（NREL）[13]和Martin Green等人[14]都制定了尺寸标准，详见图1。在NREL的图表中，200平方厘米以上的组件分为四类（迷你模块、小型模块、标准模块和大型模块），而200平方厘米以下的分类并不明确。Martin Green等人发布的《太阳能电池效率表》（第57版）[SCETs]对800平方厘米以下的电池和模块有明确的区分。通过整合这两种定义，Lee等人[15]和Zhu等人[16]在之前的研究中展示了详细的分类。尽管这些标准适用于所有类型的太阳能电池和组件，但单独应用于PSC和PSM时存在局限性。在本文中，重新定义了尺寸分类（见图1），以更好地适应现有的PSC和PSM。具体分类如下：小型电池（< 0.3平方厘米）、电池（0.3–3平方厘米）、迷你模块（3–300平方厘米）、小型模块（300–4000平方厘米）、中型模块（4000–12000平方厘米）和标准模块（> 12000平方厘米）。此外，还提出了工业规模的定义，即实验室规模电池（< 3平方厘米）、实验室规模模块（3–300平方厘米）、试点规模模块（300–4000平方厘米）和公用事业规模模块（> 4000平方厘米）。虽然学术研究主要关注实验室规模的电池和模块，但试点规模和公用事业规模模块的开发是由公司完成的。试点规模模块通过验证实验室结果并在实际生产中改进制造技术，将实验室与商业化场景联系起来。公用事业规模的钙钛矿光伏组件可以安装在大型发电厂中，并需要与其他太阳能面板技术竞争。下面将讨论PSC规模化的一些关键问题，重点关注早期商业化和应用。对于单结光伏，讨论从工业角度关注尺寸；对于串联光伏，则比较了主要的串联结构，并提出了优化策略。

章节摘录

统计分析

本文展示了截至2025年12月报告的钙钛矿光伏的认证效率数据，包括单结和串联光伏。钙钛矿串联光伏尤为重要，因为它们在技术上代表了PSC商业化的可行路径。除了认证效率外，还包含了关于设备面积、测试方法和报告日期的信息，并可视化了尺寸和/或时间的演变趋势。

钙钛矿光伏规模化的问题

近年来，大量精力投入到钙钛矿光伏的工业生产中。在中国，在政府和地方投资的支持下，出现了多家钙钛矿光伏初创企业。几家公司的生产线规模达到了百兆瓦（100 MW），其中包括GCL Optoelectronic [38]、Microquanta [42]、UtimoLight [39]、Renshine Solar [40]和Wonder Solar [57]等知名企业。其中一些公司已经实现了吉瓦级别的生产

钙钛矿/硅串联光伏的技术和工业问题

随着单结太阳能电池接近其理论极限，PVK/Si串联光伏的发展引起了现有和新兴光伏公司的关注。串联光伏的基本背景可以参考Aydin [46]等人和Alberi [71]等人的研究。这里的讨论主要集中在串联光伏的模块级开发路径上。如2.3节所述，目前主要有两种路线：2-T和4-T。为了评估这两种路线之间的差异

结论与展望

本文不仅记录了认证效率的显著进步，还讨论了规模化过程中面临的各种挑战。历史分析数据显示，钙钛矿光伏效率提升迅速，显示出未来开发大型组件的巨大潜力。在从实验室规模电池向公用事业规模组件规模化的过程中，效率出现了显著下降，尤其是在电池到模块的转换阶段

CRediT作者贡献声明

吴云佳：撰写——初稿、可视化、形式分析。安阳：撰写——审阅与编辑、监督。黄志峰：撰写——审阅与编辑、监督。田庆勇：方法论、概念化。范斌：资源、方法论、概念化。白华：资源、方法论、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号22179115）的财政支持。