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Highlights | 2024年主流太阳能电池效率亮点

能源学人 · 公众号 · · 2025-03-02 09:01

正文

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近日，上海交通大学的沈文忠、赵一新、刘烽在《Frontiers in Energy》发表了题为“Highlights of mainstream solar cell efficiencies in 2024”的Highlights文章。该论文探讨了2024年主流太阳能电池技术的效率进展与产业化动态，重点聚焦硅基、钙钛矿及有机太阳能电池三大领域，分析了各技术的突破、挑战与未来方向。

文章主要内容

一、硅太阳能电池

2024年，n型隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）电池年产能从2023年的约110GW激增至350GW，TOPCon凭借全表面钝化接触和高兼容性主导了光伏市场。通过激光增强接触优化（LECO）与局部钝化接触（如多晶硅指状技术），实验室效率提升至26.5%。JA太阳能与Trina太阳能分别实现25.6%和25.9%的行业效率纪录。然而，前表面硼掺杂发射极的钝化不足仍是效率损失的主要原因（占比63%），推动行业转向双面钝化接触设计。此外，背接触（xBC）技术通过消除前表面电极遮光，显著降低光学损失，模拟结果显示其理论极限可达27.99%，隆基（LONGi）的TOPCon背接触（TBC）电池效率达27.0%。硅异质结背接触（HBC）电池效率达27.30%，而HBC与TBC的混合结构（THBC）效率突破27.4%，接近硅单结电池29.4%的理论极限。

二、钙钛矿电池

2024年，单结与叠层钙钛矿电池均取得显著进展。单结钙钛矿电池效率持续攀升，众多研究团队在小面积器件上实现认证效率超26%，中国科学技术大学以26.7%的成绩领先。p-i-n结构因自组装材料（SAM）的应用成为高效电池的主流选择，通过表面钝化和结构修饰，电池性能不断优化。n-i-p结构也取得显著进展，中国科学院半导体研究所开发的电池认证效率达到26.0%，上海交通大学在大面积钙钛矿子模块上实现22.46%的认证效率。

钙钛矿/钙钛矿叠层电池通过混合铵盐和添加剂工程，提高了电池效率，南京大学的成果认证效率达28.2%。钙钛矿/有机叠层电池虽面临有机太阳能电池效率较低的限制，但通过添加剂工程和表面钝化，也取得了一定进展。钙钛矿/硅叠层电池凭借34.6%的冠军认证效率，成为未来市场的有力竞争者，通过添加剂和界面钝化策略，其效率不断提升。

三、有机太阳能电池

有机光伏（OPV）凭借轻量、柔性、无毒及低碳印刷生产成为可持续能源的理想选择。2024年，单结器件效率接近21%，在新材料开发和器件结构优化方面成果显著。浙江大学开发的自组装空穴传输层降低了寄生吸收，提高了短路电流密度；武汉大学的新型非富勒烯受体促进了电荷传输；上海交通大学通过添加剂辅助层状制备技术优化了活性层形态。在模块研究方面，有机太阳能电池同样取得进展，苏州大学通过研究添加剂对成膜的影响，提高了小模块效率；德国弗赖堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（FhG-ISE）验证了大面积子模块的认证效率为14.5%，这一成就创造了新的世界纪录。

原文信息

Highlights of mainstream solar cell efficiencies in 2024

Wenzhong Shen ¹ , Yixin Zhao ² , Feng Liu ³

Author information：

1. Institute of Solar Energy, and Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

2. School of Environmental Science and Engineering, and Frontiers Science Center for Transformative Molecules, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

3. School of Chemistry and Chemical Engineering, and Frontiers Science Center for Transformative Molecules, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

Cite this article:

Wenzhong Shen, Yixin Zhao, Feng Liu. Highlights of mainstream solar cell efficiencies in 2024. Front. Energy,

https://doi.org/10.1007/s11708-025-0985-5

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作者信息

沈文忠

1968年5月生，上海交通大学特聘教授、博士生导师，1995年6月在中国科学院上海技术物理研究所获博士学位，2000年获教育部“国家高层次人才奖励计划”特聘教授，2001年主持国家杰出青年科学基金，2007年起担任上海交通大学太阳能研究所所长，2009年起担任人工结构及量子调控教育部重点实验室主任（2015年、2020年教育部两次考核均获优秀），曾任上海市太阳能学会理事长，目前兼任上海市太阳能学会名誉理事长。长期从事晶体硅太阳电池及半导体光电子物理研究，以第一作者/通讯作者发表SCI论文400余篇，授权国家发明专利40多件，出版学术专著3部（《太阳能光伏技术与应用》、《硅基异质结太阳电池物理与器件》、《钙钛矿/晶硅异质结叠层太阳电池》）。获2019年度亚洲光伏产业协会（APVIA）科技成就奖（个人类）、爱思唯尔2020、2021、2022、2023年中国高被引学者。

赵一新

国家杰青，本科硕士毕业于上海交通大学，2010毕业于Case Western Reserve University获PhD学位。2010-2013在美国Penn State University和National Renewable Energy Laboratory进行博士后研究。先后入选国家青年特聘专家，教育部霍英东青年基金，上海市曙光人才，上海市优秀青年学术带头人，国家杰出青年科学基金。获得上海市自然科学奖一等奖，青山科技奖。现任中国化学会能源化学专委会委员，担任《Journal of Energy Chemistry》副主编，《National Science Review》《eScience》《Science Bulletin》《化学学报》等期刊编委。在Science，Nature，Nat Sustain, Nat Sci Rev，Sci Adv，Nat Commun，JACS，Angew Chem Int Ed，Adv Mater，Acc Chem Res，Chem Soc Rev，Joule，EES，ES&T 等著名期刊发表论文200余篇，引用20000余次，2018-2024年连续七年入选科睿唯安的全球高被引科学家，1篇论文入选“2019年中国百篇最具影响国际学术论文”。

刘烽

2016-至今，上海交通大学，物理与天文学院，化学化工学院，特别研究员，博士生导师。2005年毕业于华东理工大学材料专业；2008年毕业于复旦大学先进材料研究院；2014年于麻省大学高分子系获得博士学位，同年加入劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究工作。研究方向为高分子物理，X射线/中子表征技术，薄膜光电器件，含氟功能薄膜，粒子表界面自组装。参与的科研项目有：有机/钙钛矿光伏电池形貌表征及其结构与性能的关系，含氟功能薄膜构效关系及其燃料电池应用，软X射线碳边散射表征软物质纳米/介观尺度结构。获得劳伦斯伯克利国家实验室亮点奖，中国优秀海外留学生奖，知社年度科技新锐特别奖，科睿唯安全球高被引科学家。

期刊简介

Frontiers in Energy 是中国工程院院刊能源分刊，高教社Frontiers系列期刊之一。由高等教育出版社、中国工程院和上海交通大学共同主办。致力于发表能源领域具有 “前沿性、创新性和交叉性” 的原创研究论文、综述、展望、观点、评论、新闻热点等。

Frontiers in Energy 已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、INSPEC、Google Scholar、CSCD(中国科学引文数据库)、中国科技核心期刊等数据库收录。截至2025年01月05日，即时 Impact Factor 为5.5，即时CiteScore为7.0 。

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