《鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試》（征求意見稿）

編制說明

（一）工作簡況，包括任務來源、制定背景、起草過程等；

1、任務來源及制定背景

根據(jù)國家能源局綜合司下達的《2023年能源領(lǐng)域行業(yè)標準制修訂計劃及外文

版翻譯計劃》（國能綜通科技〔2023〕111號）。《鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試》

由中國電器工業(yè)協(xié)會專家組(NEA/WG22)歸口上報及執(zhí)行，主管部門為中國電器工

業(yè)協(xié)會，標準項目編號為“能源20230250”，牽頭起草單位為隆基綠能科技股份

有限公司等。

疊層太陽電池作為最具潛力的新興光伏技術(shù)，晶硅/鈣鈦礦串聯(lián)疊層電池中

實現(xiàn)32.5%的轉(zhuǎn)換效率，證明了鈣鈦礦基疊層電池在太陽能組件中的前景。然而，

在為光伏行業(yè)市場做好商業(yè)準備之前，必須解決重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。美國能源部太

陽能技術(shù)辦公室將鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化的主要技術(shù)障礙分為三類：穩(wěn)定性和耐用性、

組件效率和制造。雖然目前產(chǎn)業(yè)端已給出多種解決辦法，但是，開發(fā)并規(guī)范針對

鈣鈦礦基疊層太陽電池的測試標準對這些技術(shù)障礙作基本和定量的理解是很有

必要的。目前，國際上通用的測試方法均來自于國際電工委員會（IEC），然而IEC

的所有標準幾乎都是為產(chǎn)業(yè)化光伏技術(shù)（Si、CdTe等）量身定做的，不能完全適

應鈣鈦礦基疊層太陽電池相關(guān)測試。

與晶硅電池相比，鈣鈦礦電池材料擁有獨特的材料特性，特別是在光譜響應

及I-V測試中，鈣鈦礦電池顯示出獨有的遲滯響應特性，這就需要在鈣鈦礦基疊

層電池的測試中引入穩(wěn)態(tài)光源以獲得穩(wěn)態(tài)的響應輸出，同時針對其響應特性制定

可靠的信號采集和數(shù)據(jù)處理方法。因此，現(xiàn)有的針對硅電池的IEC測試標準并不

完全適用于鈣鈦礦基疊層太陽電池，現(xiàn)有的測試也可能過度或者促進鈣鈦礦基疊

層電池器件相關(guān)性能測試的不相關(guān)或非典型模式。

另一方面，針對鈣鈦礦基疊層太陽電池的測試中，測試參數(shù)、測試步驟以及

測試設備的性能也對最終的測試結(jié)果有著很大的差異。比如針對單結(jié)和疊層鈣鈦

礦太陽電池的光譜響應度測試中針對兩種電池的偏壓及偏光選擇、總計測試時間、

測試設備性能水平以及整個測試步驟不統(tǒng)一，就會導致最終的測試數(shù)據(jù)差異；此

外，鈣鈦礦材料具有高效的光致發(fā)光和電致發(fā)光特性，因此，在基于鈣鈦礦電池

的疊層電池測試中需要考慮其發(fā)光特性對疊層子電池光電響應的影響。這些區(qū)別

于晶硅電池材料的鈣鈦礦材料本征特性引起的測試方法的差異不利于行業(yè)內(nèi)信

息統(tǒng)一，不利于真正評估器件性能，從而不利于器件性能的改進提升。因此，為

了解決鈣鈦礦太陽電池面臨的主要制約問題，進一步提升器件效率，采用統(tǒng)一的

測試標準，從而對如何確定器件性能達成共識，是非常重要且有必要的。

2、主要工作過程

（1）草案的調(diào)研與編寫階段：

隆基綠能股份有限公司（以下簡稱隆基綠能）于2021年成立了“鈣鈦礦-晶

硅疊層電池”研發(fā)團隊，研發(fā)內(nèi)容涵蓋了原材料的合成，工藝的優(yōu)化，以及電池

性能的測試與表征。經(jīng)過了數(shù)年的探索，于2023年10月創(chuàng)造了33.9%的世界紀錄。

在此期間，研發(fā)團隊內(nèi)成立了專門的標準起草工作組，開始參與并制定疊層電池

相關(guān)標準。2022年03月，工作組搜集現(xiàn)有的國內(nèi)外標準相關(guān)資料，并進行了匯總、

整理和分析，初步撰寫《鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試》，并于2023年06月提交

國家能源局標委會工作會議討論。

（2）第一次工作組會議

2024年4月12日在西安召開了《鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試》行業(yè)標準工

作組會議，與會專家對標準一稿進行了討論。

（3）第二次工作組會議

2024年6月18日在西安召開了《鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試》行業(yè)標準第

二次工作組會議，與會專家對標準一稿進行了討論并提出修改意見。

（4）2024年6月19日至2024年7月12日，標準編制組根據(jù)專家意見修改完善

標準草案，形成標準征求意見稿。

（二）標準編制原則、主要內(nèi)容及其確定依據(jù)，修訂標準時，還包括修訂前后

技術(shù)內(nèi)容的對比；

1、標準編制的原則

本標準的編寫過程嚴格按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分:標準

化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的格式要求。

2、主要內(nèi)容的論據(jù)，解決的主要問題以及修訂標準的差異

本標準考慮了鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試的特殊性，相比與傳統(tǒng)的晶硅

電池，鈣鈦礦基疊層電池的I-V測試不可再采用傳統(tǒng)的快速I-V測試，而須采用

穩(wěn)態(tài)I-V測試，如此獲得的測試數(shù)據(jù)以及計算出來的相關(guān)參數(shù)才更具有參考意義。

為此，在本標準中，主要規(guī)范了穩(wěn)態(tài)電學信號的判定方式與判定標準，即基于電

學信號在一定時間窗口內(nèi)的變化率，并提出采用漸進法Pmax掃描來獲得鈣鈦礦

基疊層電池的I-V測試數(shù)據(jù)，依此來規(guī)范鈣鈦礦基疊層電池領(lǐng)域的I-V測試。此

外，本標準中對測試過程中每一步的參數(shù)設定夠給出了詳盡清晰的說明，提高了

測試標準在執(zhí)行過程中的可行度。

（三）試驗驗證的分析、綜述報告，技術(shù)經(jīng)濟論證，預期的經(jīng)濟效益、社會效

益和生態(tài)效益；

為確保標準的科學性和適用性，起草組對鈣鈦礦基疊層太陽電池的I-V測試

進行了多次試驗驗證，最終形成符合行業(yè)需求的I-V測試標準，具體試驗驗證情

況如下：

Figure1，（左圖）采用漸進法Pmax掃描得到的鈣鈦礦基疊層電池的I-V測試數(shù)據(jù)；（右圖）基于左圖計

算出來的功率-電壓圖譜，以及五階多項式擬合結(jié)果，從中得到電池的穩(wěn)態(tài)Pmax數(shù)值，此處Pmax=33.28

mWcm-2。

上圖（Figure1）為漸進法Pmax掃描結(jié)果的實例展示,此處采用均為標準草案

中的參數(shù)，測試樣品為鈣鈦礦-晶硅兩端疊層太陽電池?；跐u進法Pmax掃描，

我們得出該電池的穩(wěn)態(tài)I-V數(shù)據(jù)，并從中計算出Voc，Jsc，F(xiàn)F，以及光電轉(zhuǎn)換

效率PCE等參數(shù)。

Figure2，當掃描電壓固定時（此處為1.59V），疊層太陽電池中電流信號的動態(tài)變化測試結(jié)果，

以及基于相對變化率參數(shù)選取出的“穩(wěn)態(tài)電流信號區(qū)域”。

上圖（Figure2）中，我們展示了一個典型的鈣鈦礦基疊層電池中電流信號的

動態(tài)變化圖，這里掃描電壓固定為1.59V，可以看出在300秒觀測窗口內(nèi)，電

流一直變化，從20.176上升到20.204mAcm-2。而相對變化率（changerate，

單位min-1）則是上下震蕩，且振幅從最初的0.5%min-1，在150s以后下降到

了0.1%min-1，進入到了標準草案中所設定的穩(wěn)態(tài)范圍，如圖中陰影部分所示。

在這部分區(qū)域所采集到信號的平均值，作為最終穩(wěn)態(tài)電流信號的輸出值，在標準

草案中，我們建議在穩(wěn)態(tài)區(qū)域的采集窗口為30s。

Figure3，不同寬度的觀測窗口對相對變化率的影響。這里測試樣品為鈣鈦礦-晶硅兩端疊層電

池，所加電壓為1.59V，測試時長為300s。

基于標準草案中的公式，相對變化率的大小與觀測窗口的寬度有關(guān)，結(jié)果如

上圖（Figure3）所展示。當觀測窗口僅有10s時，相對變化率的震蕩幅度明顯

偏大，而隨著觀測窗口的延長，相對變化率的變化逐漸趨于平緩，且震蕩幅度也

大為減小，表明有更多的測試數(shù)據(jù)滿足標準草案中的穩(wěn)態(tài)要求。然而，更長的觀

測窗口意味著更長的測試時間。在當前標準草案中，我們規(guī)定觀測窗口為60s，

這是因為在實際的測試中，我們發(fā)現(xiàn)這個寬度的觀測窗口可以在“穩(wěn)態(tài)判據(jù)要求”

與“合理的測試時長”之間取得一個平衡，且也能滿足我們所遇到的鈣鈦礦基疊

層太陽電池的穩(wěn)態(tài)IV測試需求。

太陽電池的開發(fā)與推廣已經(jīng)符合國家的長久利益，既包括經(jīng)濟利益，也包括

環(huán)境效益，符合2020年09月國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會提出“碳

達峰·碳中和”戰(zhàn)略目標，也符合2022年9月20日，國家能源局《能源碳達峰

碳中和標準化提升行動計劃》的通知，以及國家標準化管理委員會2023年4月

1日聯(lián)合多個部位發(fā)布的《碳達峰碳中和標準體系建設指南》（國標委聯(lián)〔2023〕

19號）。而太陽電池的開發(fā)與推廣離不開進一步的效率提升，在此方面，疊層電

池的作用不可替代。為了進一步開發(fā)疊層電池的效率，需要對其做詳細的分析、

表征以及標準化的測試，而量子效率測試可以被認為是其中最重要的一項測試。

所以，制定一項“疊層太陽電池量子效率測試方法”的相關(guān)標準，以滿足全行業(yè)

的需求，已是當下標準化工作任務的重中之重。

（四）與國際、國外同類標準技術(shù)內(nèi)容的對比情況，或者與測試的國外樣品、

樣機的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況；

國際標準方面，沒有專門適用于鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試的標準，目

前公布的標準僅適用于晶硅等無機半導體材料，分別是單結(jié)電池的IEC60904-1：

2020，Photovoltaicdevices-Part1:Measurementofphotovoltaic

current-voltagecharacteristics；以及多結(jié)電池的IEC60904-1-1：2017,

Photovoltaicdevices–Part1-1:Measurementofcurrent-voltage

characteristicsofmulti-junctionphotovoltaic(PV)devices。

國內(nèi)標準方面，也沒有專門適用于鈣鈦礦基疊層太陽電池I-V測試的標準，

目前公布的標準有，針對硅基單節(jié)電池的JJF1622–2017，太陽電池校準規(guī)范：

光電性能；以及鈣鈦礦單結(jié)電池的T/CPIA0032–2022，鈣鈦礦光伏電池及組件

的電流-電壓（I-V）特性測量方法。

綜上所述，為使我國的光伏產(chǎn)業(yè)在鈣鈦礦基疊層太陽電池領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位，

有必要制定此標準，以彌補在此方面的空白。

（五）以國際標準為基礎(chǔ)的起草情況，以及是否合規(guī)引用或者采用國際國外標

準，并說明未采用國際標準的原因；

本標準在制定過程中未查到同類國際、國外標準。

（六）與有關(guān)法律、行政法規(guī)及相關(guān)標準的關(guān)系；

本標準與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章相協(xié)調(diào)一致。

（七）重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)；

無。

（八）涉及專利的有關(guān)說明；

本標準不涉及專利問題。

（九）實施標準的要求，以及組織措施、技術(shù)措施、過渡期和實施日期的建議

等措施建議；

1、本標準