钙钛矿想成光伏新主角？先把 “标准” 这道坎迈过去！

最近几年，钙钛矿在新能源圈火得一塌糊涂。它的光电性能特别好，尤其是在太阳能电池领域，潜力大到让人忍不住期待。

 

早在 2009 年，就有人发现了钙钛矿能做太阳能电池。那时候它的光电转换效率才 3.8%，看着不怎么样。可这么多年过去，现在效率已经突破 25% 了。单看这个进步速度，谁都得说一句厉害，这也让大家觉得它离商业化不远了。

 

但有个问题一直没解决 —— 钙钛矿的稳定性太差，长期用着容易出毛病。这就像一辆加速快的车，却总出故障，根本没法大规模开上路。要解决这个问题，制定明确的标准特别关键。

 

有了标准，就能规范钙钛矿材料怎么造、性能怎么测、产品质量要达到什么水平。这样一来，产品质量能更稳定，生产的时候也能少走弯路、降低成本，整个行业才能健康发展。而且搞清楚现在钙钛矿标准的情况和未来该怎么发展，不管是科研人员找研究方向，还是企业定生产规矩，甚至是政府出台政策，都有了靠谱的依据。

 

一、钙钛矿标准是怎么一步步发展到现在的？

钙钛矿火起来之后，大家对怎么评价它的性能越来越重视，相关的测试方法也在慢慢完善。

 

比如测它的电导率，常用的是四探针法；想知道介电常数，就用阻抗分析仪在特定频率下测电容和电感，再算出来；光学性能测试更简单，用紫外 - 可见分光光度计就行。就连测荧光量子效率这种比较复杂的光发射性能，现在也有了以积分球为核心的测试系统，能准确判断材料的光发射效果和效率。

 

在标准制定方面，国际上和国内都在行动。国际电工委员会（IEC）已经出台了针对钙钛矿太阳能电池性能测试的标准，里面把测试时的光照强度、光谱分布、温度这些条件都写得明明白白。比如光照强度，要求用标准太阳光模拟器，输出得达到 1000W/m²，光谱分布还要符合 AM1.5G 标准。有了这些规定，不同实验室、不同企业测出来的结果才能对比，也更可信。

 

国内也没落后，中国光伏行业协会制定了不少相关标准。像《绿色低碳产品评价规范 钙钛矿太阳能电池》，就对封装材料的耐候性、透光率、粘结性能有明确要求。耐候性要通过紫外老化测试和湿热老化测试，保证长期用性能不下降；透光率得够高，这样太阳能电池才能更好地吸收光；粘结性能也得达标，确保封装材料和电池组件能粘牢。这些标准一出来，国内钙钛矿行业发展就有了明确的方向。

 

二、现在的钙钛矿标准，到底包含哪些内容？

目前的钙钛矿标准主要分两类：测试方法标准和产品质量标准，两类标准各有各的作用，共同保障钙钛矿产品的性能和质量。

（一）先说说测试方法标准，这是判断性能的关键

1. 光电转换效率怎么测？

光电转换效率是衡量钙钛矿太阳能电池好不好用的核心指标，测不准可不行。现在有几个标准专门规范这个测试。

 

《叠层太阳电池量子效率测试方法》里，详细说了测试流程。测试时得用特定的光源和单色仪，把不同波长的光控制好，保证照到电池上的光波长和强度都准确。然后测电池在不同波长光下产生的短路电流，就能算出量子效率，这样就能知道电池在不同波长光下的转换能力怎么样。

 

《钙钛矿基叠层太阳电池 I-V 测试》则规定了电流 - 电压测试的方法。测试时的光照强度、光谱分布、温度这些条件都有明确要求。测试时给电池加不同的电压，测对应的电流，画出 I-V 曲线，从曲线里能算出开路电压、短路电流密度、填充因子这些关键参数，最后就能准确得出光电转换效率。

 

还有 DB35/T 2143-2023《钙钛矿太阳电池转换效率测评规程》，明确了在标准测试条件下测评转换效率的程序，包括环境条件、测试设备、测评步骤、要求和追溯方法等。有了这些标准，不管是实验室还是企业，测效率都按统一的规矩来，结果也更准确、更有可比性。

2. 稳定性测试也不能少

钙钛矿的稳定性一直是个大问题，所以稳定性测试标准也很重要。IEC 发布的 IEC61215、IEC61730 这两个标准，就是重要的参考依据。

 

IEC61215 主要针对光伏组件的设计鉴定和定型，里面有好多环境试验。比如热循环测试，让组件在高低温之间反复循环，看会不会出现材料变形、开裂或者性能下降的情况；湿冻测试是把组件放在相对湿度 85% 的环境里，再快速降温到 - 20℃，测试它能不能承受这种环境变化；湿热测试则是在 85℃、相对湿度 85% 的高温高湿环境下长时间测试，看组件性能会不会衰减。

 

IEC61730 更侧重光伏组件的安全性，对结构特性和电气安全性能都有要求。结构上，封装材料、边框这些关键部件的强度和耐久性都有明确标准，保证长期用不会因为结构问题影响性能；电气安全上，接地、绝缘性能也有严格规定，防止使用时出安全事故。

（二）产品质量标准，决定了产品能不能放心用

1. 组件性能指标有哪些要求？

国际上，国际可再生能源机构（IRENA）对钙钛矿太阳能组件的光电转换效率有要求，只有达到一定水平，才能保证在实际应用中能产出足够的电能。像大型太阳能电站，效率高的组件能在同样的面积里发更多电，降低发电成本。

 

填充因子也是个重要指标，它反映的是电池在最大功率点时的输出功率，和开路电压、短路电流乘积的比值。一般来说，好的钙钛矿组件填充因子得在 0.7 以上，这样电池才能把光生载流子更有效地转化成电能，减少能量浪费。

 

国内标准对组件的长期稳定性要求更具体。中国光伏行业协会制定的标准里，要求组件经过户外暴露测试或者模拟环境老化测试后，性能衰减不能超过一定范围。比如模拟使用 25 年后，光电转换效率衰减不能超过 20%，这样才能保证用户长期用的时候，能稳定获得电能收益。

2. 安全性要求绝不能忽视

钙钛矿产品的安全性直接关系到使用者的安全和环境，所以标准里对安全要求卡得很严。

 

电气安全方面，绝缘性能和接地保护是重点。绝缘性能好才能防止电流泄漏，避免触电。IEC 规定钙钛矿组件的绝缘电阻不能小于 40MΩ，不管是正常使用还是在恶劣环境下，都得保持这个水平。接地保护也很关键，组件必须有可靠的接地装置，万一出现漏电，能把电流导入大地，保护人和设备安全。

 

机械安全上，组件的结构强度和抗冲击性能都有明确要求。结构强度得够，不然在安装、运输过程中受点外力就坏了，会影响性能和安全。抗冲击性能也很重要，比如遇到冰雹撞击，组件得保持结构完整，不能出现破裂、变形这些影响使用的问题。

 

另外，钙钛矿产品里的铅等重金属对环境和人体有害。相关标准对这些重金属的含量有严格限制，还规定了产品废弃后的处理方式。比如欧盟的 RoHS 指令，就对铅、汞、镉等有害物质的含量做了严格规定。有了这些安全标准，钙钛矿产品从生产到废弃，整个生命周期都能保证安全。

 

三、钙钛矿标准想进一步发展，还得解决这些难题

虽然现在钙钛矿标准有了一定基础，但想满足行业发展需求，还有不少挑战要应对，主要集中在技术和产业两个层面。

（一）技术层面的挑战，得先突破

1. 材料稳定性差，现有标准跟不上

钙钛矿材料的稳定性一直是个大麻烦，温度、湿度、光照稍微变一变，材料就可能分解、发生结构相变，性能跟着大幅下降。尤其是在高温高湿环境下，钙钛矿太阳能电池里的有机阳离子容易水解，破坏晶体结构，导致光电转换效率降低。

 

可现有的标准在应对这些问题时，明显不够用。有些标准对钙钛矿材料在复杂环境下的长期稳定性测试要求太松，测出来的结果没法准确反映材料在实际应用中的性能衰减情况。还有些标准只规定了短时间的模拟环境测试，根本看不出材料长期用会怎么样。而且不同地区气候差异大，现有标准没法涵盖所有环境因素对材料稳定性的影响，导致有些产品在某些地区用着就不达标。

 

要解决这个问题，就得优化稳定性测试方法。比如延长模拟环境测试的时间，多增加几种测试环境，像模拟不同地区的极端气候；还得建立长期性能监测机制，跟踪记录钙钛矿产品整个生命周期的性能变化，给标准完善提供更可靠的数据支持。

2. 新型结构和工艺出现，标准成了空白

随着钙钛矿研究不断深入，新的结构和制备工艺越来越多。比如结构上，出现了二维 / 三维混合结构、反钙钛矿结构等。可这些新结构、新工艺一出来，标准就跟不上了，出现了很多空白。

 

就拿二维 / 三维混合结构的钙钛矿材料来说，现有的标准没法准确描述它复杂的层状结构和界面特性，也没有统一的性能测试方法。没有标准，不同研究机构、企业测出来的结果没法对比，技术交流和产品推广都受影响。

 

要填补这些空白，就得加强对新型结构和工艺的研究，尽快制定对应的标准。可以让科研机构和企业合作，一起研究新型结构钙钛矿材料的结构表征方法和性能测试标准，让新技术发展有标准可依。

 

（二）产业层面的挑战，也得想办法克服

1. 规模化生产要推进，标准统一是难题

现在钙钛矿产业发展快，规模化生产是必然趋势。可在这个过程中，标准不统一的问题特别突出，严重影响了产业发展。

 

因为没有统一标准，不同企业生产的产品质量参差不齐。消费者没法判断产品好坏，对钙钛矿产品的信任度不高，市场也很难扩大。而且企业之间竞争的时候，因为标准不一样，也容易出现混乱，不利于行业整体发展。

 

要推动规模化生产，必须统一标准。行业协会和相关机构得牵头，组织企业、科研机构等一起制定适合规模化生产的统一标准。制定标准的时候，要考虑不同生产工艺和设备的特点，保证标准科学又好用。比如针对钙钛矿太阳能电池生产，标准得涵盖原材料质量、生产工艺参数、产品性能指标等方面，明确不同工艺下的关键参数范围和质量控制要求，给企业生产提供清晰的指导。

2. 产业链各环节标准不协同，影响整体效率

钙钛矿产业链很长，包括原材料供应、设备制造、电池及组件生产、应用等多个环节。各个环节协同发展，整个产业才能推进得快。可现在产业链各环节的标准脱节，没有有效协同。

 

比如原材料供应环节，对钙钛矿材料的纯度、粒径分布这些关键指标，没有和下游电池及组件生产环节匹配的统一标准。原材料供应商按自己的标准生产，很可能不符合下游企业的质量要求，影响产品性能和稳定性。

 

这种标准不协调的情况，让产业链协同效率特别低。上下游企业之间沟通协作难，信息传递不顺畅，生产周期变长，成本也增加了。而且企业想搞技术创新、产品升级，也会因为标准不统一遇到很多困难，没法形成整个产业链的创新合力。

 

要解决这个问题，就得建立产业链标准协调机制。让产业链上下游企业、行业协会、科研机构都参与进来，定期开标准协调会议，沟通各环节的标准需求和问题。制定标准的时候要相互衔接，比如制定原材料标准时，多听下游电池及组件生产企业的意见；制定设备标准时，考虑生产工艺的发展趋势，提高设备的通用性和兼容性。

 

四、未来钙钛矿标准会往哪些方向发展？

虽然现在有不少挑战，但钙钛矿标准的未来发展方向还是很清晰的，主要有两个大方向：和国际标准接轨、适应新兴技术发展。

（一）积极和国际标准接轨，融入全球市场

1. 多参与国际标准制定，争取更多话语权

现在全球经济和科技交流越来越频繁，参与国际标准制定特别重要。我国在这方面已经开始行动了，而且取得了一些成果。

 

比如在钙钛矿太阳能电池稳定性测试标准制定过程中，我国专家提出了结合多种环境因素进行综合测试的方法，这个方法已经被国际标准采纳了。在国际标准化组织（ISO）制定钙钛矿材料结构表征标准的时候，我国也积极参与复验工作，提供了准确可靠的实验数据，为国际标准完善出了力。

 

未来，我们还得继续积极参与国际标准制定，把我国在钙钛矿领域的研究成果和实践经验融入国际标准，争取更多话语权，让国际标准更符合我国产业发展需求。

2. 推动国际互认，助力产业全球化

和国际标准接轨，能推动钙钛矿产品和技术的国际互认，这对产业全球化发展帮助很大。

 

在贸易方面，有了统一的国际标准，各国进出口钙钛矿产品时，就有了明确的质量和性能评估依据。这样能减少因为标准不一样引发的贸易摩擦和技术壁垒。我国企业生产的钙钛矿太阳能电池组件，只要符合国际标准，就能得到更多国家认可，顺利进入欧美等发达国家市场，扩大市场份额，提高我国在全球钙钛矿贸易中的竞争力。

 

在技术合作方面，国际互认的标准能让各国科研机构和企业更好地合作。不同国家的科研团队可以按照统一标准开展联合研究，共享实验数据和研究成果，不用再因为标准不一样做重复研究，浪费资源。比如研发钙钛矿材料新的制备工艺时，各国科研人员能依据国际标准对比分析实验结果，加快技术创新速度，一起攻克关键技术难题。

（二）跟着新兴技术走，优化和创新标准

1. 针对新型钙钛矿材料，优化现有标准

现在科研人员不断研发出新的钙钛矿材料，比如无铅钙钛矿、二维钙钛矿等。这些新材料性能和应用方面有独特优势，但也对现有标准提出了优化需求。

 

无铅钙钛矿不含铅等重金属，更环保，很可能是未来的发展方向。但它的晶体结构和电学性能和传统铅基钙钛矿不一样，现有的结构表征标准和电学性能测试标准就得优化。比如测晶体结构，可能需要用高分辨率透射电子显微镜，才能更清楚地看到无铅钙钛矿的晶体结构细节，制定出更准确的结构表征标准。

 

二维钙钛矿有独特的层状结构，稳定性和载流子传输性能和传统钙钛矿不同。测它的稳定性时，得考虑层间相互作用的影响，建立新的测试方法；测载流子传输性能，因为它的载流子主要在二维平面内传输，传统测试方法测不准，得开发专门的方法，比如用时间分辨太赫兹光谱技术，这样才能准确测量载流子迁移率。通过优化这些新型材料的标准，能更好地推动它们的研发和应用。

2. 结合新技术，创新测试标准

现在人工智能、大数据这些新技术发展快，在钙钛矿研究领域的应用也越来越多，这给测试标准创新带来了新机会。

 

在钙钛矿太阳能电池性能测试中，人工智能能快速分析处理大量测试数据，建立更精准的性能预测模型。比如对不同工艺制备的电池，它能通过学习电流 - 电压曲线、量子效率等测试数据，预测电池的长期稳定性和光电转换效率衰减趋势，给制定更科学的稳定性测试标准提供依据。

 

大数据技术能整合全球的钙钛矿测试数据，通过挖掘分析这些数据，找出不同测试条件和材料性能之间的隐藏关系。比如分析不同地区、不同实验室的电池在不同光照、温度、湿度下的测试数据，能确定更合理的标准测试条件，提高测试结果的准确性和可比性。利用这些新技术，能开发出更高效、更准确的测试标准，提升钙钛矿材料和器件的测试水平，加快技术创新和发展。

五、总结一下钙钛矿标准的未来

未来，钙钛矿标准的完善和创新会成为推动产业发展的关键。

 

技术上，随着对钙钛矿材料稳定性研究的深入，会出现更科学、更全面的稳定性测试标准，能精准模拟各种复杂环境，保证材料和产品在实际应用中的长期性能。针对新型结构和制备工艺的标准也会加快制定，填补现有空白，让新技术在规范中快速发展。

 

产业上，统一的标准会成为规模化生产的重要支撑。通过整合产业链上下游的标准要求，加强各环节协同，能降低生产成本、提高生产效率，让产品质量更稳定、更一致。这样钙钛矿产品在市场上的竞争力会更强，能在全球范围内得到更广泛的应用。

 

同时，钙钛矿标准发展会兼顾环保和安全需求。环保方面，会更严格地限制产品中有害物质的含量，推动绿色制备工艺发展，保证产业全生命周期的可持续性；安全方面，电气安全、机械安全等标准会不断完善，给用户提供更可靠、更安全的产品。

 

总的来说，钙钛矿标准的发展前景很好，对推动钙钛矿产业成为全球能源领域的重要力量有不可替代的作用。通过持续研究和创新，钙钛矿标准会为产业健康、快速发展提供保障，助力全球能源转型和可持续发展。