鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）具備出色的光電性能、較低的制造成本，還能做成輕量柔性結構，這些特點使其在可再生能源領域持續(xù)受到關注。目前其PCE已與晶硅電池相當，但從實驗室走向市場，仍有三道坎沒過：戶外長期運行穩(wěn)定性、高性能大面積組件的可擴展制造，以及材料的環(huán)境可持續(xù)性。過去兩年里，認證效率記錄頻繁更新。反型PSC在2024年首次超過了正型結構的認證效率；鈣鈦礦/硅疊層器件穩(wěn)態(tài)PCE達33.89%，突破了單結S-Q極限，最新認證已超34%；715.1 cm2面積的PSM認證PCE達22.46%，組件與小面積器件之間的效率差距也在縮小。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監(jiān)測各個工藝段中的異常，了解單節(jié)疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

本綜述梳理了2024–2025年PSCs在單結效率（超27%）、硅/鈣鈦礦疊層效率（超34%）、界面工程、穩(wěn)定性和大面積制造方面的進展，分析了小面積器件與組件之間存在的效率差距，并從提高光電流和材料可持續(xù)性兩個角度展望了未來方向。

單結鈣鈦礦太陽能電池

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目前小面積和厘米級單結PSCs認證PCE分別超過27%和25%，PSM的PCE也接近23%。這些進展背后，界面工程、電荷傳輸層設計和鈣鈦礦結晶調控是主要推動力。AI和機器學習的介入也開始產(chǎn)生實際作用。柔性PSCs認證PCE接近25%，比功率高達44.1 W/g，在無人機等場景中有具體應用前景。

（a）Me-4PACz、BA、NA和TA的化學結構（b）沉積在不同SAMs上的鈣鈦礦薄膜的掃描電子顯微鏡圖像（c）沉積在不同SAMs上的鈣鈦礦薄膜的橫截面掃描電子顯微鏡圖像。（d）c-SAM和a-SAM上鈣鈦礦薄膜的光致發(fā)光強度圖（e）c-SAM和a-SAM上鈣鈦礦薄膜的準費米能級分裂直方圖

（a）BZS、4CH3-BZS和4Cl-BZS配體的示意圖和靜電勢（b）配體以平面或平行取向（Conf-para）吸附在鈣鈦礦表面上的原子結構（c-d）不同面積冠軍器件的J-V曲線： 0.05 cm2和1.04 cm2（e）近年來已發(fā)表的nip和pin型鈣鈦礦電池性能總結

界面工程：自組裝單分子層在透明導電氧化物表面的均勻覆蓋是實現(xiàn)高效器件的關鍵。通過原子層沉積ITO、三齒錨定分子、共價鍵雙層、快速羥基化等策略，顯著提升界面結合強度，器件在85°C/85% RH濕熱測試1000小時后效率保持98.9%。埋底界面通過引入羧酸功能化分子改善潤濕性，小面積器件效率達26.69%，11.1 cm2組件認證效率22.74%。頂部鈍化采用平行取向配體使反式電池認證效率首次超過正式結構（26.15%）。二維/三維異質結方面，類鈣鈦礦材料及雙面異質結結構使平方厘米級器件效率達24.6%，開路電壓與填充因子乘積達S-Q極限的91%。

（a）原子力顯微鏡圖像（b-c）X射線衍射圖譜（d）mPy和pPy分子的器件架構及理想空間構型（e）mPy和pPy分子在ITO表面鍵合的平衡分子表示頂視圖和側視圖

（a）全濕法加工制備p-MPSCs的工藝流程示意圖及印刷三層介觀結構中的電荷分離過程（b）器件在65°C溫度下的運行穩(wěn)定性

電荷傳輸層設計：開發(fā)無雜原子芘核分子、軸對稱分子等新型自組裝單分子層材料，器件效率超26%，3000小時光照后保持94%初始效率。機器學習輔助發(fā)現(xiàn)新型空穴傳輸（HTL）分子，效率26.2%（認證25.9%）。可印刷介觀結構效率達22.2%，MoS?電子傳輸層（ETL）器件效率25.7%（認證25.4%），連續(xù)光照2000小時穩(wěn)定。

(a)具有原位形成的覆蓋層的中間薄膜的示意圖及功能描述(b)時間分辨掠入射廣角X射線散射譜。(c)GIWAXS圖譜(e)不同厚度FA基鈣鈦礦吸收層的紫外-可見吸收光譜

鈣鈦礦結晶調控：針對α-FAPbI?相穩(wěn)定性，通過“按需生成”路易斯堿、共晶分子配體、二維模板等策略實現(xiàn)高效穩(wěn)定。引入原位保護層使器件在80%相對濕度下制備，效率23.4%。采用醋酸鹽中間相輔助結晶，無甲基氯化銨器件認證效率25.94%。反式結構通過高米勒指數(shù)晶粒生長實現(xiàn)微米級厚膜，效率26.1%，短路電流密度26.3 mA / cm2。錫基無鉛電池通過反式富勒吡咯烷添加劑及Cs?輔助二維/三維同步成核，效率達17.13%（認證16.65%）。

（a）NREL對迷你組件的穩(wěn)定光伏性能認證（b）不同彎曲循環(huán)次數(shù)下的歸一化效率（c）MBAI及相應器件結構的示意圖（d）組裝的太陽能四旋翼飛行器照片

柔性器件：引入自修復彈性體，柔性器件效率24.51%（認證24.04%），10000次彎曲后保持90%初始效率。采用硫酸亞錫生長SnO?，效率25.09%（認證24.90%），為當前最高紀錄。超薄襯底器件功率重量比44 W/g，并展示了24塊互聯(lián)太陽能電池驅動的太陽能四旋翼無人機，光伏系統(tǒng)重量僅為無人機總重的1/400。

鈣鈦礦基疊層太陽能電池

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鈣鈦礦材料帶隙可在較寬范圍內(nèi)調節(jié)，這使其很適合與其他太陽能電池組合構建疊層結構，從而捕獲更寬的太陽光譜。目前鈣鈦礦/硅疊層認證PCE已超34%，突破了單結光伏電池的S-Q極限。

鈣鈦礦/硅疊層相關實驗數(shù)據(jù)

鈣鈦礦/硅疊層：通過核工程調控寬帶隙鈣鈦礦優(yōu)先成核，25 cm2疊層效率29.4%（認證28.8%）。乙二胺二氫碘化物/氟化鋰雙層鈍化使器件認證穩(wěn)定效率33.89%，首次超S-Q極限。非對稱自組裝單分子層實現(xiàn)34.58%認證效率，開路電壓近2 V。

鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層相關實驗數(shù)據(jù)

鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層：構建定制二維層改善寬帶隙子電池均勻性，1.05 cm2器件效率28.5%（認證28.2%），近期通過(100)擇優(yōu)取向達29.1%。綠色溶劑體系實現(xiàn)刮涂寬帶隙電池，20.25 cm2組件效率23.8%。通過調控DMSO含量平衡錫鉛結晶，引入氨基酸鹽、吸電子配體等策略，全鈣鈦礦疊層組件穩(wěn)態(tài)效率24.5%。

鈣鈦礦/有機疊層相關實驗數(shù)據(jù)

鈣鈦礦/有機疊層：氧化還原介體抑制鹵素遷移，器件效率25.22%（認證24.27%），T90 > 500小時。擬鹵素SCN?摻雜抑制相分離，認證效率25.06%。特定異構體鈍化劑將開路電壓提升至1.36 V，疊層效率26.4%（認證25.7%），為同類器件最高。

商業(yè)化前景

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通過锍基分子處理、石墨烯-聚合物界面增強、混合自組裝單分子層、芳香族膦酸及苯基硒氯等策略，全面提升鈣鈦礦電池在戶外工況下的穩(wěn)定性

穩(wěn)定性：锍基分子處理使未封裝器件在環(huán)境空氣中保持黑相兩年，4500小時最大功率點追蹤后效率損失<1%。石墨烯-聚合物界面將光致晶格膨脹變形率從0.31%降至0.08%，3670小時后保持97%初始效率。混合自組裝單分子層增強界面鍵合，熱循環(huán)500次后保持95%效率。芳香族膦酸抑制紫外誘導降解，組件戶外29周保持超16%效率。苯基硒氯調控晝夜循環(huán)晶格應變，T80壽命延長十倍。

通過雜質原位轉化二維相、添加劑協(xié)同、水相合成公斤級高純晶體及層流空氣干燥技術，實現(xiàn)大面積組件效率突破與戶外能量產(chǎn)出超越硅組件

可擴展制備：功能性陽離子將雜質原位轉化為二維相，715.1 cm2組件認證效率22.46%，填充因子81.21%。甲基氯化銨與離子液體協(xié)同使27.22 cm2組件認證效率22.97%。水相合成獲得純度99.994%的FAPbI?晶體，實現(xiàn)公斤級生產(chǎn)，成本降低兩個數(shù)量級。層流空氣干燥器實現(xiàn)0.7906 m2組件認證效率15%，戶外一年能量產(chǎn)出比硅組件高29%，第一年降解率<2%，預計壽命9年。

當前單結與疊層效率分別突破27%和34%，組件效率和穩(wěn)定性不斷刷新，已處于商業(yè)化門檻。未來需重點：提升光電流（開發(fā)低吸收高導傳輸層、微納光子結構減反，將短路電流密度從26 mA/cm2提升至27.3–28.7 mA/cm2的理論極限）；縮小面積放大效率差距（發(fā)展保持高質量的大面積沉積技術、致密均勻鈍化層）；完善回收體系（水相回收率99.0%，分層回收可回收質量分數(shù)99.97%，成本降低60%以上）；借助人工智能加速材料篩選與工藝優(yōu)化。當組件效率達20%、壽命7年（疊層31%、8年）時，平準化度電成本可降至7.75美分/(kW·h)，具備與硅技術競爭能力。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現(xiàn)高亮區(qū)域（如無缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監(jiān)測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Key Advancements andEmerging Trends of Perovskite Solar Cells in 2024–2025

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