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Perovskite solar cells (PSCs) have achieved remarkable progress in the past decade and become the most powerful challenger of traditional silicon photovoltaics. Among the many designs, bifacial PSCs have received widespread attention these days due to their ability to fully utilize environmental reflection and scattering light to enhance energy yield. They also can provide better aesthetic design for building-integrated photovoltaics (BIPVs). However, the potential of bifacial PSCs is not limited to these traditional applications. Importantly, such architecture also serves as a universal component for multijunction cells and photon engineering, which are both critical for further efficiency improvement. In this review, the requirements of different functional layers under various applications are described in detail, starting from the structure of bifacial PSCs. The application developments are introduced, including albedo utilization, semitransparent PSCs (ST-PSCs), TSCs. The present issues (such as stability, large area, recombination of carriers at the back electrode and toxicity etc.) and the extra challenges of bifacial PSCs are highlighted. It is hoped that this review can provide new ideas for the future development and further improve the competitiveness of PSCs.
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随着全世界对能源的需求量越来越大,石油、煤炭、天 然气等传统能源的储量越来越少,对新型能源的需求不断增 长。在新型能源中,太阳能由于其清洁、可再生的特性,受 到广泛关注。太阳能电池的发展,经历了第 1 代晶硅太阳能 电池、第 2 代薄膜太阳能电池,来到第 3 代的新概念太阳能 电池。
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钙钛矿接力成为第三代电池技术,发展潜力巨大。钙钛矿电池利用钙钛矿结构材料作为吸 光材料,属于第三代高效薄膜电池。钙钛矿电池与组件呈现一体器件特征,制作工序一体 化。前道电池制作主要是在玻璃基板上制作钙钛矿电池各功能层,并利用激光将电池片划 分为若干子电池,形成串联结构;后道组件封装则是利用胶膜、TCO玻璃等将内部结构密 封保护,并安装接线盒与外部电路连接的设备。钙钛矿电池所需的生产设备主要有镀膜设 备、涂布设备、激光设备、封装设备四类,其中镀膜设备价值量占比最高。目前钙钛矿技 术尚处于产业化初期阶段,技术路线未定型,多种路径并存。
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钙钛矿因有更好的光电性能、良好的弱光效应、有望实现更低成本、可 以与晶硅电池叠层进一步实现效率突破以及多场景应用而有望成为未来 电池发展的方向。TOPCon和 HJT的量产效率已经分别实现了约 25.7%和 25.5%的效率,逐渐逼近理论效率极限,而钙钛矿凭借优异的光电特 性、高吸收系数、长激子扩散距离、高载流子迁移率、低激子结合能等 优点有望成为光伏电池的未来发展方向。同时钙钛矿相比较晶硅电池弱 光性能较好,在冬季同等条件下可以比晶硅组件多发电 9.3%,进而提高 组件效率。此外,钙钛矿在当前量产效率下理论成本可以实现 1 元/W, 我们认为随着效率和产线规模的提升钙钛矿单 w 成本可以进一步得到降 低。另外钙钛矿可以和晶硅电池叠层以实现更高效率的突破,并且可以 灵活应用于 BIPV、可穿戴设备等场景。
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光伏发电系统具有显著的能源、环保与经济效益,能显著降低碳排放,未来将成为世界能源供应的主体。随着社会 对能源绿色化意识的逐渐提高和化工合成技术的进步,高光电转换效率太阳能电池的研究和开发已成为当下研究热点。 其中,钙钛矿(ABX3 )材料由于其光电转换效率高、成本低以及光学可调性强等优点而成为新一代太阳能电池最有前途的 材料之一。重点介绍钙钛矿太阳能电池发电原理与发展现状,并从不同化学成分角度分析比较了不同类型太阳能电池 的技术优势和发展前景,包括有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池、无机钙钛矿太阳能电池、纳米尺度无机钙钛矿材料及其 他类型太阳能电池材料,为下一步钙钛矿高转换效率光伏材料合成技术发展路线提供了参考。
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