《Cell Press Blue》：Advancing perovskite photovoltaics lifetimes with high-impact research—An industrial perspective
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摘要
全球对太阳能日益增长的需求预计到2050年将需要高达70太瓦（TW）的装机容量，这使得识别能够提升效率的光伏（PV）技术至关重要。钙钛矿-硅串联电池突破了硅的效率极限，并实现了更低的平准化电力成本。然而，展示足够的户外耐久性以在数十年内维持发电量优势
摘要
全球对太阳能日益增长的需求预计到2050年将需要高达70太瓦（TW）的装机容量，这使得识别能够提升效率的光伏（PV）技术至关重要。钙钛矿-硅串联电池突破了硅的效率极限，并实现了更低的平准化电力成本。然而，展示足够的户外耐久性以在数十年内维持发电量优势至关重要。当前研究强调了结合光照与热量的加速稳定性测试在预测地面应用中长期衰减速率方面的重要性。然而，各机构之间测试方法和可靠性指标的差异对持续跟踪进展构成了挑战。尽管已取得进展，但在实验透明度、统计严谨性以及将测试结果有效转化为实际应用指标方面仍有改进空间。关键探索领域包括表征衰减模式、优化加速应力测试协议，以及确保可靠的高通量测试。本展望文章强调了开展与产业对齐的严谨研究以推进钙钛矿光伏可靠性和释放其变革潜力的必要性。
论文解读：产业视角下的钙钛矿光伏可靠性研究
**一、研究背景与问题提出**
随着全球对太阳能需求的急剧增长，预计到2050年全球光伏装机容量将高达70太瓦（TW）。在众多光伏（PV）技术路径中，钙钛矿-硅串联电池因其突破单结硅电池效率极限的能力而备受关注，目前已实现28%的组件效率和超过35.5%的小面积电池效率，并展现出清晰的效率提升路线图。然而，任何新兴光伏技术要实现商业化竞争力，必须证明其可融资性（bankability），即具备低生产成本和长户外使用寿命，从而在发电量收益和度电成本（LCOE）方面优于现有技术。
钙钛矿PV领域的发展虽令人瞩目，但可靠性研究仍面临多项核心挑战。首先，尽管国际有机光伏稳定性峰会（ISOS）协议提供了标准化框架，但各实验室间在测试条件、参数组合和指标定义上仍存在巨大差异，导致跨机构比较和进展追踪困难。其次，许多可靠性研究缺乏统计严谨性，常以单一样本或小样本得出结论，且普遍存在仅报告归一化可靠性曲线而不提供绝对效率数据的问题，掩盖了有意义的衰减信息。第三，当前研究往往过度强调大面积示范或极限效率记录，而忽视了基础材料层面的科学问题。最后，从实验室验证到产品集成之间存在多个转化阶段，学术界与产业界的研究优先级常常错位，影响了研究的实际产业价值。
**二、研究开展与主要结论**
研究人员从产业视角系统审视了钙钛矿PV可靠性研究的现状与未来方向，提出了一套涵盖基础研究（TRL 1-3）、转化研究（TRL 4-6）和产业化实施（TRL 7-9）的全链条研究框架。研究人员指出，统计严谨性、实验透明度和统一可靠性指标是当前可靠性研究最亟需改进的三个方面，并据此提出了具体的实验设计和报告最佳实践方案。研究人员强调，加速老化测试是关联实验室研究与户外实际运行性能的核心工具，而光热协同加速（LeT）测试应成为钙钛矿PV可靠性评价的标准化方法。该研究在《Cell Press Blue》期刊发表。
**三、主要关键技术方法**
本论文为展望性文章，研究过程中未开展新实验，主要采用文献综合分析、产业需求拆解和最佳实践凝练等方法。研究人员基于牛津光伏（Oxford PV）的产业实践经验，结合对现有ISOS-L-2测试框架、IEC 61215-1认证标准及行业数据的系统性审视，提出了标准化LeT测试条件（85°C，AM1.5光谱，1,000 W·m?2辐照度，最大功率点追踪（MPPT））和可靠性研究上报规范。
**四、研究结果**
**1. 学术与产业可靠性研究路径的差异**
通过引入技术就绪水平（TRL）框架，将可靠性研究划分为基础（TRL 1-3）、转化（TRL 4-6）和产业化（TRL 7-9）三个阶段。研究人员指出，转化阶段是学术与产业协作的关键纽带，涵盖工艺放大、组件技术开发、室内加速测试、户外性能验证及全尺寸组件样机示范等环节。降解机制可能随工艺方法（溶液法、气相法、顺序溶液法或混合工艺）和设备配置而显著不同，需在基础研究中系统探索前驱体选择、纯度、工艺条件对化学计量比、相稳定性和材料异质性的影响。
**2. 钙钛矿太阳电池标准化环境应力测试**
国际电工委员会（IEC）61215-1认证测试虽对组件耐久性和安全性至关重要，但其中缺少高温光照（LeT）测试。研究人员指出，光致衰减（LeTID）已被确认为钙钛矿PV中最主要的衰减过程之一：光照通过载流子产生驱动光解反应，高温则加速反应动力学，二者协同产生的非对称载流子分布会改变内部电场，增强离子向界面迁移，引发电荷密度分布和传输性能的改变。研究人员支持Tune等人提出的标准化LeT测试条件：器件温度85°C、AM1.5光谱1,000 W·m?2辐照度、持续MPPT至T80（效率衰减至初始值80%所需时间），并强调至少使用3-5个器件以避免单电池结果的偶然性。考虑到各实验室在多点MPPT设备方面的实际困难，研究人员也支持采用固定电阻负载近似准MPP运行或开路条件的替代方案，但所有电学工作状态必须明确上报。
**3. 实验设置描述规范**
提出LeT研究在实验部分应包含的5项关键参数：（1）光源类型、光谱和非均匀性数据；（2）温度源、设定值与器件实测温度及其非均匀性；（3）每次I-V测量前的预处理条件；（4）MPPT过程中是否包含规则I-V扫描及其参数；（5）测试期间样品的电学状态（短路、电阻负载或开路）。这些元数据的完整报告将有助于跨机构的可靠性大数据分析。
**4. 监控与上报可重复性**
研究识别了三个层面的可重复性评估尺度：基底内可重复性（捕捉毫米至厘米尺度的工艺异质性，建议像素面积≥1 cm2以反映真实薄膜挑战）、样品间可重复性（反映工艺控制、批次均匀性和设计鲁棒性）以及实验间可重复性（验证结论的普适性和可靠性）。研究人员强调，可靠性研究必须上报样品间和实验间的可重复性数据，而非仅展示孤立的器件性能指标。
**5. 统计驱动的可靠性研究**
提出增强结论统计效力的核心在于统计功效（statistical power）分析，即选取足以正确拒绝原假设概率的样本量。确定所需样本量需四种输入：适当的统计检验类型（如独立或配对t检验、方差分析）、预期效应量、组内预期标准差以及选定的显著性水平。严格的统计方法要求报告批量内所有器件的性能表现，并明确讨论方差来源和性能分布特征。
**五、讨论与结论**
在讨论部分，研究人员批判性地审视了当前加速应力测试协议的有效性，鼓励持续开展验证研究，包括：（1）对同一批次“孪生”样品进行平行室内外测试对比；（2）探索描述温度和光照依赖性的替代衰减速率模型；（3）最大限度地提高数据透明度以促进领域共享。此外，研究人员明确指出，室温搁置寿命或暗态存储老化等传统测试在展示户外应用可靠性改进方面价值有限；湿热测试主要检验封装材料韧性而非钙钛矿本身；户外测试中需排除封装失效对电池稳定性结论的干扰。
研究结论指出，钙钛矿PV可靠性在短时间内取得了显著进展。研究人员预测牛津光伏第一代组件的T80户外寿命为10年，当前研发中的电池技术可达20年，但仍存在有意义的改进空间。对现实世界影响至关重要的并非单电池的效率纪录，而是基于统计显著数据集所展示的效率与稳定性综合表现。产业界期待学术界提供开放的知识缺口沟通、及时的可靠性数据反馈以及明确的研究方向指引。研究人员呼吁加强研究机构与产业界在户外测试和实际性能验证方面的协作，以推动钙钛矿PV长期可靠性的持续进步。
