综述：新兴光伏报告：2025年效率与稳定性基准

《Advanced Energy Materials》：Device Performance of Emerging Photovoltaic Materials (Version 6)

本综述系统性地总结了新兴光伏（e-PV）技术的最新进展，重点评估了钙钛矿（PSC）、有机（OPV）、染料敏化（DSSC）及无机薄膜（如CZTSSe、Sb2(S,Se)3）太阳能电池在能量转换效率（PCE）、运行稳定性及柔性/半透明应用方面的突破。报告指出，单结钙钛矿电池认证效率已突破27%，钙钛矿/硅叠层器件效率超过34%，有机光伏效率突破20%，并引入了稳定性测试能量产额（STEY）和疲劳因子（F）等新评估指标，为e-PV技术从实验室走向商业化提供了关键的数据基准和性能路线图。

　　

新兴光伏技术的效率巅峰与稳定性挑战

1 引言

新兴光伏（e-PV）技术，包括钙钛矿太阳能电池（PSC）、有机光伏（OPV）、染料敏化太阳能电池（DSSC）以及铜锌锡硫硒（CZTSSe）、锑硫硒化合物（Sb₂(S,Se)₃）等无机薄膜电池，正以前所未有的速度发展。本报告基于截至2025年8月的公开数据，对各类e-PV技术的最高效率、运行稳定性以及柔性/半透明应用的最新进展进行了系统性总结和基准评估，旨在为学术界和工业界提供清晰的性能发展路线图。

2 最高效率研究太阳能电池

在单结太阳能电池领域，钙钛矿材料继续领跑效率竞赛。基于甲脒铅碘（FAPbI₃）的电池认证效率已达到26.5%，其开路电压（V_oc）超过1.17 V，填充因子（FF）突破86%。效率的提升主要归因于钙钛矿结晶质量的优化、界面缺陷的有效钝化以及载流子传输动力学的改善。例如，通过引入二自由基自组装单分子层（diradical SAMs）作为空穴传输层，不仅提升了空穴电导率，也增强了器件的化学稳定性和大面积加工性。

有机光伏领域同样取得了显著进展，基于PM6:Y6及其衍生物（如BTP-eC9, L8-BO）的体异质结电池效率已突破20%。关键突破在于新型非富勒烯受体（NFA）的开发，其具有增强的光吸收和更优化的能级匹配，从而实现了高的短路电流密度（J_sc）和开路电压。

在叠层电池方面，钙钛矿/硅叠层电池的效率纪录已攀升至34.6%，这得益于宽带隙（~1.68 eV）钙钛矿顶电池与硅底电池的协同优化，以及高效互连层（ICL）的设计，减少了光学和电学损失。全钙钛矿叠层电池（带隙组合~1.8 eV / ~1.2 eV）的效率也达到了29.1%，展示了钙钛矿材料在多结应用中的巨大潜力。此外，钙钛矿/铜铟镓硒（CIGS）和钙钛矿/有机叠层电池也分别实现了24.2%和21.5%的效率。

其他技术如CZTSSe和Sb₂(S,Se)₃电池的最高效率分别达到15.8%和10.8%，尽管绝对值相对较低，但其无铅或无稀有元素的特点使其在可持续光伏领域具有独特优势。

3 柔性光伏电池

柔性太阳能电池的发展为可穿戴电子、建筑一体化光伏（BIPV）等应用铺平了道路。目前，柔性单结钙钛矿电池的最高效率已达到25.54%，柔性钙钛矿/硅异质结（SHJ）叠层电池的效率更是高达28.4%。这些成就依赖于超薄、柔性的衬底（如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN）、柔性透明电极（如氧化铟锡ITO或银纳米线AgNW）以及能够承受机械应力的功能层材料。

评估柔性器件机械稳定性的新指标——疲劳因子（F）被引入，其定义为F = (PCE_final/PCE_initial- 0.99) / (log₁₀(N) × ε)，其中N为弯曲循环次数，ε为应变。F的绝对值越小，表明抗疲劳性能越好。有研究报道，通过界面工程（如使用肝素钠“异质界面桥”或硼酸添加剂）或本征材料改性（如在钙钛矿中引入弹性体），柔性器件在经历数千次弯曲循环后仍能保持90%以上的初始效率。

4 透明和半透明光伏电池

半透明太阳能电池在维持一定可见光透过率（AVT）的同时实现光电转换，其综合性能用光利用效率（LUE = PCE × AVT / 100）衡量。近期，半透明有机太阳能电池的LUE纪录已突破6%，对应PCE为12.2%，AVT为49.6%。这主要通过使用超薄金属电极（如银）结合光学耦合层（如TeO₂）来实现高透光率和低电阻。

此外，通过构建法布里-珀罗微腔结构，可以实现对特定波长光的选择性透过，从而制备出彩色的半透明光伏器件，为建筑美学集成提供了可能。透明发光太阳能聚光器（TLSC）则能实现高达90%的AVT，虽然其效率较低（通常<1%），但在窗户等对透明度要求极高的场景中有应用潜力。

5 运行稳定性

运行稳定性是e-PV技术商业化面临的核心挑战。本报告汇总了在最大功率点（MPP）跟踪、持续1个太阳光照条件下进行200小时和1000小时老化测试的数据。尽管许多高效率钙钛矿电池在初始几百小时内表现良好，但长期稳定性（>1000小时）数据仍然相对缺乏，且测试条件（如温度、光照光谱）的不统一为结果比较带来困难。

引入稳定性测试能量产额（STEY = PCE_average× t_test）和t₉₅（效率降至初始值95%所需时间）等量化指标有助于更客观地评估稳定性。目前，表现最好的单结钙钛矿电池在>60°C、MPP跟踪下运行2000小时后，仍能保持97%的初始效率。然而，叠层器件，特别是界面复杂的钙钛矿/硅叠层电池，通常表现出更快的初始衰减，这与其更多的界面和可能存在的相互扩散有关。

6 结论与展望

新兴光伏技术在过去一年中取得了令人瞩目的成就，单结和叠层电池效率不断刷新纪录，柔性、半透明等特殊应用场景的器件性能也稳步提升。然而，要实现大规模商业化，仍需在以下方面取得突破：

1. 1.
   长期稳定性与可靠性： 需要建立更标准化、更严苛的稳定性测试协议，并深入理解器件在各种应力（光、热、湿、电、机械）下的降解机制。
2. 2.
   大面积制备与重现性： 将实验室小面积电池的高效率转化为大面积模块的高性能是关键，这涉及涂层工艺、缺陷控制、模块互联技术等方面的创新。
3. 3.
   环境友好与可持续性： 对于含铅钙钛矿，开发有效的封装技术或探索环境友好的无铅替代材料（如锡基钙钛矿、Sb₂(S,Se)₃等）是重要方向。
4. 4.
   数据库与标准化： 鼓励研究人员更全面地报告器件性能参数（包括EQE光谱、AVT、稳定性数据等），并采用统一的测试标准，将极大促进数据的可比性和技术进步。

总体而言，新兴光伏技术正朝着更高效率、更长寿命和更广泛应用的方向快速发展，有望在未来能源结构中扮演越来越重要的角色。持续的创新和跨学科合作将是推动其从实验室走向市场的关键。