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：戶外長期運行穩定性、高性能大面積組件的可擴展制造，以及材料的環境可持續性。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/硅疊層器件穩態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，監測各個工藝段中的異常，了解單節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溫度下的運行穩定性

電荷傳輸層設計：開發無雜原子芘核分子、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。機器學習輔助發現新型空穴傳輸（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%），連續光照2000小時穩定。

(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高效穩定。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晶粒生長實現微米級厚膜，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對迷你組件的穩定光伏性能認證（b）不同彎曲循環次數下的歸一化效率（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塊互聯太陽能電池驅動的太陽能四旋翼無人機，光伏系統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調節，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/硅疊層相關實驗數據

鈣鈦礦/硅疊層：通過核工程調控寬帶隙鈣鈦礦優先成核，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定效率33.89%，首次超S-Q極限。非對稱自組裝單分子層實現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據

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)擇優取向達29.1%。綠色溶劑體系實現刮涂寬帶隙電池，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態效率24.5%。

鈣鈦礦/有機疊層相關實驗數據

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定性

穩定性：锍基分子處理使未封裝器件在環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、添加劑協同、水相合成公斤級高純晶體及層流空氣干燥技術，實現大面積組件效率突破與戶外能量產出超越硅組件

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，實現公斤級生產，成本降低兩個數量級。層流空氣干燥器實現0.7906 m2組件認證效率15%，戶外一年能量產出比硅組件高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%，組件效率和穩定性不斷刷新，已處于商業化門檻。未來需重點：提升光電流（開發低吸收高導傳輸層、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，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現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：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（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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