特别说明：本文由米测技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。光伏发电预计将在避免气候变化带来的灾难性影响方面发挥关键作用，但晶体硅太阳能电池目前已接近实际效率极限，钙钛矿/硅双结串联太阳能电池已成为将高功率转换效率与经济高效的制造相结合的有前途的解决方案。最初的钙钛矿/硅串联电池于 2013 年推出，通过不懈的研究和开发努力，现已在实验室规模的设备中实现了超过 33% 的认证功率转换效率，高于任何单结电池技术的理论极限，已进入商业化之路。有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf、Erkan Aydin等人回顾了将实验室级串联性能转化为工业级模块的显着进展。在这方面，分析了各种器件配置，包括两端、三端和四端串联。除此之外，还探索了双面串联和三联电池。本综述从当代太阳能电池制造的角度讨论了钙钛矿/硅串联光伏发电从实验室到工业制造的转变所需要的适当的、可扩展的输入材料和制造工艺，以及电池生产和表征的稳定性、可靠性、产量、电池到模块的集成以及准确的现场性能预测和评估。作者提供了对商业钙钛矿/硅串联光伏发电的可能途径的见解，并强调了实现这一目标的研究机会。 大多数实验工作都集中在两端 (2T) 配置中的单片串联，尽管与其他串联配置相比，单片模块需要更少的透明电极以及BOM和BOS组件，但其最佳性能需要电流匹配。串联可以通过子电池的机械堆叠来构建。在这种情况下，子电池是独立制造的，这提供了更大的加工自由度，但增加了成本。大型钙钛矿子模块需要几个薄膜图案化步骤，通常通过激光划片。钙钛矿和晶硅子电池需要通过适当选择的模块层压材料进行电隔离。
图 钙钛矿/硅串联组件串联方案
作者综述了太阳能电池技术硅底电池选择、钙钛矿沉积技术以及如何减少钙钛矿子电池中的电分流。总结了具有较大电池面积的单片钙钛矿/硅串联器件的著名示例以及实验室规模的示例。作者阐明了现有钙钛矿沉积技术的优缺点及适用场景，指出了在扩展技术时工艺稳定性的重要性，表明最合适的处理技术应该产生高设备性能、吞吐量和再现性的组合。
图 钙钛矿/硅串联太阳能电池性能趋势
图 工业硅片的表面形貌
图 串联太阳能电池中的电分流器
这部分作者主要概述了钙钛矿带隙工程、LCOE与稳定性、模块可靠性和寿命预测、模块封装几部分内容。作者指出实验与实际应用的环境偏差将影响钙钛矿的带隙，表明是否真正需要这种针对特定市场的带隙定制，必须根据实际气候和设备数据，通过准确的能源产量和成本计算来确定，并通过广泛的现场测试进行验证。此外，湿热、热循环、湿度冷冻、紫外线 (UV) 光暴露和电势诱导降解 (PID) 测试等对于钙钛矿太阳能电池的稳定性至关重要。为了进一步提高钙钛矿/硅串联模块的长期稳定性，可能有必要开发具有较低水蒸气透过率和较高体积电阻率的新型封装剂。
图 钙钛矿/硅串联组件的可靠性和LCOE
作者提及了双面串联、三结和全钙钛矿串联等新兴概念，并指出了钙钛矿/硅串联产业化的主要挑战与规模性能、可靠性和资本支出有关。钙钛矿/硅串联材料已经超越了实验室阶段，最近，几家公司宣布了试点生产线的计划。预计与扩大流程相关的挑战将在几年内得到克服。尽管高性能组件具有降低每瓦发电成本的优势，但组件耐用性、发电量和新兴光伏技术（如钙钛矿）可靠性的不确定性可能会抵消降低 LCOE 的影响。这些不确定性还将损害钙钛矿/硅串联技术的可融资性。因此，专门针对钙钛矿技术的加速降解测试以及具有准确能量产量预测的户外测试将有助于推动该技术进入市场。
图 钙钛矿/硅串联的工业化方面
ERKAN AYDIN, et al. Pathways toward commercial perovskite/silicon tandem photovoltaics. Science, 2024, 383(6679), DOI: 10.1126/science.adh3849https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3849
