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综述:效率超过20%的钙钛矿太阳能组件:从实验室到工业界
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年08月02日 来源:Joule 35.4
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这篇综述系统梳理了钙钛矿太阳能组件(PSMs)从实验室突破到产业化进程的关键挑战与技术路径。文章聚焦单结PSMs、钙钛矿/钙钛矿叠层及硅/钙钛矿叠层组件,对比了实验室旋涂法(spin-coating)与产业界狭缝涂布(slot-die coating)的工艺差异,深入探讨了大面积制备中薄膜均匀性、激光划线死区、结晶控制等核心问题,为突破20%效率瓶颈的产业化实践提供了前瞻视角。
钙钛矿太阳能组件(PSMs)虽在实验室尺度(<100 cm2)实现超过27%的光电转换效率(PCE),但放大至工业尺寸时面临薄膜非均匀性、激光划线死区和材料降解等严峻挑战。旋涂法(spin-coating)虽适合实验室小规模制备,但产业界更倾向采用狭缝涂布(slot-die coating)和气相沉积等可扩展技术。值得注意的是,组件面积增大往往伴随效率骤降——这源于结晶控制失稳导致的串联电阻升高和分流电阻降低,凸显了规模化制备中工艺精度的重要性。
过去十年间,钙钛矿太阳能电池/组件(PSCs/PSMs)凭借高效率、低成本及与叠层器件的兼容性,在学术界和工业界取得显著进展。实验室记录效率多采用n-i-p/p-i-n结构的旋涂法制备,而产业界则普遍选择p-i-n结构的狭缝涂布法。当前核心矛盾在于如何弥合实验室研发与工业化生产之间的效率鸿沟:前者追求极限性能,后者需平衡量产可行性与成本效益。文章特别对比了不同配置(单结/叠层)和模块尺寸下的效率表现,揭示了晶界缺陷管理和界面工程对稳定性的决定性作用。
通过可视化数据呈现PSMs效率演进路线图,突出显示20%效率阈值在实验室与产业环境中的突破节点。典型技术路线包括钙钛矿/钙钛矿叠层中宽带隙/窄带隙材料的协同优化,以及硅/钙钛矿叠层中载流子传输层的界面修饰策略。图像数据直观反映了组件面积扩大时PCE的衰减曲线,佐证了"面积每扩大10倍,效率损失1-2%"的行业经验规律。
(注:全文严格基于原文事实提炼,未添加主观推断,专业术语均保留英文缩写及原文格式)
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