单结钙钛矿电池与叠层钙钛矿电池在结构、效率、成本、应用场景及技术挑战上存在显著差异，具体分析如下：

一、结构差异

1. 单结钙钛矿电池

• 结构：类似“三明治”的5层结构，包括透明导电电极（如FTO/ITO）、电子传输层（ETL，如TiO₂/SnO₂）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL，如Spiro-OMeTAD/PTAA）和金属电极（如银/金）。

• 原理：钙钛矿层吸收光能后产生电子-空穴对，分别通过ETL和HTL传输至电极，形成电流。

2. 叠层钙钛矿电池

• 结构：由多个子电池串联而成，常见为“钙钛矿/晶硅”叠层。顶电池（宽带隙钙钛矿，如1.65-1.72eV）吸收短波光（如蓝光、绿光），底电池（窄带隙晶硅，约1.1eV）吸收长波光（如近红外光）。两层间通过透明电极或复合结连接，实现光谱分段利用。

• 原理：顶电池吸收高能光子后，未利用的长波光穿透至底电池继续转换，减少热化损失，提升整体效率。

  
  

二、效率对比

1. 单结电池

• 理论极限：约31%（受肖克利-奎塞尔极限限制）。

• 实际效率：实验室已达27.2%（中国科学院半导体研究所，2025年），逼近单晶硅电池理论极限。

2. 叠层电池

• 理论极限：超43%（通过多结结构突破单结限制）。

• 实际效率：

• 钙钛矿/晶硅叠层：实验室效率达34.6%（隆基绿能，2024年），商业尺寸组件效率29.8%（2025年）。

• 全钙钛矿叠层：效率28.44%（实验室，2025年）。

• 钙钛矿/CIGS叠层：效率23.4%（西湖大学，2025年柔性电池）。

三、成本分析

1. 单结电池

• 材料成本：钙钛矿原材料低廉（仅为晶硅的1/20），吸光层厚度仅300-500nm，用量极少。

• 制备成本：可通过溶液印刷、刮刀涂布等低温工艺生产，能耗为晶硅的1/8-1/13，GW级量产后组件成本有望降至0.5-0.6元/W。

2. 叠层电池

• 材料成本：需额外使用晶硅、CIGS等材料，成本高于单结。

• 制备成本：工艺复杂（如隧穿结优化、界面匹配），但通过四端叠层设计（如协鑫光电GW级产线）可降低成本，当前组件溢价空间为1.28元/W。

四、应用场景

1. 单结电池

• 建筑光伏一体化（BIPV）：轻量化、透光性定制能力适配幕墙、屋顶等场景。

• 室内光伏：低光照下效率达25%-40%，适合物联网设备供电。

• 汽车光伏：柔性组件日发电量4-5度，支撑电动车续航。

• 太空探索：轻量化、抗辐射特性适配卫星、深空探测器。

2. 叠层电池

• 地面电站：高效率优势显著，逐步替代传统晶硅电池。

• 航天领域：如神舟十二号采用砷化镓三结叠层电池，实现高比功率与抗辐射性能。

• 柔性光伏：如西湖大学研发的80微米厚柔性叠层电池，通过太空环境模拟测试。

五、技术挑战

1. 单结电池

• 稳定性：钙钛矿材料对光、热、氧、潮湿敏感，需通过掺杂或工艺改进提升寿命。

• 规模化生产：需解决大面积涂布均匀性、缺陷控制等问题。

2. 叠层电池

• 电流匹配：顶底电池电流需严格协调，否则总效率下降。

• 界面稳定性：长期使用中中间层可能老化，影响寿命。

• 成本优化：需简化工艺、降低材料成本以与晶硅电池竞争。