叠层太阳电池量子效率测试方法编制说明

《叠层太阳电池量子效率测试方法》（征求意见稿）

编制说明

（一）工作简况，包括任务来源、制定背景、起草过程等；

1、任务来源及制定背景

根据国家能源局综合司下达的《2023年能源领域行业标准制修订计划及外文

版翻译计划》（国能综通科技〔2023〕111号）。《叠层太阳电池量子效率测试方法》

由中国电器工业协会专家组(NEA/WG22)归口上报及执行，主管部门为中国电器

工业协会，标准项目编号为“能源20230249”，牵头起草单位为隆基绿能科技股

份有限公司等。

目前，晶硅太阳电池世界纪录效率已达27.10%（由隆基绿能中央研究院2023

年12月创造），越来越接近其实际可达效率极限（约28.0%）。突破晶硅电池效率

极限，获得效率超过28%的太阳电池，叠层电池被公认为是主要的技术方案。叠

层太阳电池作为最具潜力的新兴光伏技术，该技术能突破传统硅基太阳电池的

29.1%理论极限效率，进而将光电转换效率提升到新的高度，目前双结钙钛矿/

硅叠层非聚光效率32.5%（HZB），六结叠层非聚光效率39.5%（NREL），四结叠

层聚光效率更是高达47.6%（FhG-ISE）。叠层太阳电池的效率测试与损耗分析都

须以量子效率测试为前提，比如光谱失配因子的计算、寄生吸收的抑制、窗口功

能材料的优化等，故而准确的量子效率测试对叠层太阳电池的发展具有不可或缺

的意义。相比于单结太阳电池，叠层太阳电池的量子效率测试更为复杂，其需要

考虑以下问题，偏光的选择以确保待测子电池为限流结，偏压的选择以确保待测

子电池处于短路电流状态。目前，国内外所有已公布的测试标准中都没有完全涵

盖以上内容，为此，我们制定此标准以填补该方面的空白，并推动光伏产业在叠

层太阳电池方面的发展。

2、主要工作过程

（1）草案的调研与编写阶段：

隆基绿能股份有限公司（以下简称隆基绿能）于2021年成立了“钙钛矿-晶

硅叠层电池”研发团队，研发内容涵盖了原材料的合成，工艺的优化，以及电池

性能的测试与表征。经过了数年的探索，于2023年10月创造了33.9%的世界纪录。

在此期间，研发团队内成立了专门的标准起草工作组，开始参与并制定叠层电池

相关标准。2022年03月，工作组搜集现有的国内外标准相关资料，并进行了汇总、

整理和分析，初步撰写《叠层太阳电池量子效率测试方法》，并于2023年06月提

交国家能源局标委会工作会议讨论。

（2）第一次工作组会议

2024年4月12日在西安召开了《叠层太阳电池量子效率测试方法》行业标准

工作组会议，与会专家对标准一稿进行了讨论。

（3）第二次工作组会议

2024年6月18日在西安召开了《叠层太阳电池量子效率测试方法》行业标准

第二次工作组会议，与会专家对标准一稿进行了讨论并提出修改意见。

（4）2024年6月19日至2024年7月12日，标准编制组根据专家意见修改完善

标准草案，形成标准征求意见稿。

（二）标准编制原则、主要内容及其确定依据，修订标准时，还包括修订前后

技术内容的对比；

1、标准编制的原则

本标准的编写过程严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分:标准

化文件的结构和起草规则》的格式要求。

2、主要内容的论据，解决的主要问题以及修订标准的差异

本标准主要解决测试过程中偏光和偏压的施加问题，这两个测试参数对测试

结果有着决定性的影响。如果选择不当，将给测试结果带来非常严重的影响。为

此，本标准为此提供了明确的指导，既可保证测试的准确性，也能保证标准在执

行过程中的普适性。

（三）试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效

益和生态效益；

为确保标准的科学性和适用性，起草组对叠层太阳电池的量子效率测试进行

了多次试验验证，最终形成符合行业需求的量子效率测试标准，具体试验验证情

况如下：

Figure1，钙钛矿-晶硅两端叠层太阳电池的量子效率测试结果。此处，顶电池测试时，偏光波

长845纳米（强度1.4mWcm-2），偏压0.6V；底电池测试时，偏光530纳米（强度0.565mW

cm-2），偏压0.6V；

上图（Figure1）所示为一典型的叠层太阳电池的量子效率测试结果，此处选

择的电池为钙钛矿-晶硅两端叠层太阳电池。波长扫描区域从300纳米到1200

纳米，顶、底电池的响应各自集中于725纳米前后。测试中偏光与偏压参数如图

注中所示，选择过程符合标准草案中试验步骤部分。

Figure2，顶、底电池量子效率（QE）测试过程中“偏光”与“偏压”的选择过程。

上图（Figure2）所示为顶、底电池QE测试过程中偏光与偏压的选择过程，

这里遵循的为标准草案中的信号差值最大化原则。以顶电池测试为例，在选择偏

光时，首先选择波长为845纳米的低能量光为偏光，其仅可激发底电池；然后暂

时将偏压设定为0.98V（为叠层电池开路电压的50%），然后观测450与850纳

米两个波长处信号强度随845纳米偏光强度的变化。从图中可以看出，随着845

纳米偏光强度的增加，450纳米（对应的为顶电池的QE信号）处的QE信号迅速

从31%增大之90%以上，并出现“上升平台”；与此同时850纳米（对应的为底电

池的QE信号）处的QE信号则快速从62%下降到接近0%，并出现“下降平台”。

最后从中我们遵循“信号差异最大化原则”，选择偏光强度为1.4mWcm-2。在此

偏光下，我们扫描450和850纳米处信号强度随偏压的变化，同样观测到“上升

和下降平台”，并遵循同样原则，最终选择0.6V的偏压。同理，对于底电池，

我们首先选择一高能量光（波长530纳米）为偏光，其选择性激发顶电池。随后

基于同样的步骤，从上图中下方两个扫描结果，分别选择偏光强度为0.565mW

cm-2，偏压为0.6V。

Figure3，对叠层电池量子效率测试结果的“并联电阻修正”，测试数据为钙钛矿-晶硅两端叠

层太阳电池。左侧，将QE转换为光谱响应信号（SR）之后，底电池信号在短波处的异常“抬

高”完全吻合于顶电池的SR信号乘以一固定的修正因子，此处为0.049；右侧，修正前后的

量子效率展示，经过“并联电阻修正”后，底电池在短波出的QE信号归零。

在叠层电池的量子效率测试结果中，常常需要对数据做“并联电阻修正”，

修正的过程在草案中已有介绍。这里以“钙钛矿-晶硅两端叠层太阳电池”为例，

首先从上图（Figure3）左侧可以看出“并联电阻”带来的影响，此时底电池在短

波（500纳米之前）的SR信号完全等同于顶电池SR信号与一固定修正因子（此

处为0.049）的乘积。图中右侧则展示了在修正前后，底电池的QE信号的变化。

修正之前，底电池的QE信号出现了“左高右低”现象，即，在短波处异常升高，

而在长波处则异常降低；在经过修正之后，该现象消失，底电池在短波处的QE

信号接近于归零，而在长波处的QE信号则升高了大于5%。结合单结电池的QE

测试结果，我们认为修正以后的测试结果更为可信。

太阳电池的开发与推广已经符合国家的长久利益，既包括经济利益，也包括

环境效益，符合2020年09月国家主席习近平在第七十五届联合国大会提出“碳

达峰·碳中和”战略目标，也符合2022年9月20日，国家能源局《能源碳达峰

碳中和标准化提升行动计划》的通知，以及国家标准化管理委员会2023年4月

1日联合多个部位发布的《碳达峰碳中和标准体系建设指南》（国标委联〔2023〕

19号）。而太阳电池的开发与推广离不开进一步的效率提升，在此方面，叠层电

池的作用不可替代。为了进一步开发叠层电池的效率，需要对其做详细的分析、

表征以及标准化的测试，而量子效率测试可以被认为是其中最重要的一项测试。

所以，制定一项“叠层太阳电池量子效率测试方法”的相关标准，以满足全行业

的需求，已是当下标准化工作任务的重中之重。

（四）与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、

样机的有关数据对比情况；

在国际标准方面，IEC已在2017年公布专门针对叠层太阳电池量子效率测

试的标准，IEC60904-8-1Edition1.02017-05,Photovoltaicdevices–

Part8-1:Measurementofspectralresponsivityofmulti-junctionphot

ovoltaic(PV)devices，其中提到的测试原理，偏光和偏压的选择都值得学习。

然而其中偏光和偏压的介绍不够全面，提到的选择标准过于笼统，从而无法清洗

指导实际的测试过程。此外，该IEC标准中也未强调“前置电流-电压放大器”

的重要性，以及太阳电池串联电阻带来的巨大影响。

在国家标准方面，缺少专门针对叠层太阳电池量子效率测试的标准。虽然国

标GB/T38200-2019《太阳电池量子效率测试方法》中提及叠层太阳电池，但并

未对其中测试原理、偏光、偏压等重要测量参数提供清晰详尽的说明。

综上所述，为促进我国的光伏产业继续领跑全球，以及推动叠层太阳电池的

发展，在参考单结电池差分光谱测试法（IEC60904-8:2014Photovoltaicdev

ices-Part8:Measurementofspectralresponsivityofaphotovoltaic

(PV)device）的基础上，参考叠层电池运行原理（IEC60904-8-1Edition1.

02017-05,Photovoltaicdevices–Part8-1:Measurementofspectralre

sponsivityofmulti-junctionphotovoltaic(PV)devices），并结合隆基绿

能中央研究院在实际研究过程中积累的经验，以及与JET，Fraunhofer和NREL

等国际权威认证机构之间的测试对标和长期频繁的沟通交流，我们制定本标准，

可弥补国际、国内标准方面的空白。

（五）以国际标准为基础的起草情况，以及是否合规引用或者采用国际国外标

准，并说明未采用国际标准的原因；

本标准在制定过程中未查到同类国际、国外标准。

（六）与有关法律、行政法规及相关标准的关系；

本标准与现行相关法律、法规、规章相协调一致。

（七）重大分歧意见的处理经过和依据；

无。

（八）涉及专利的有关说明；

本标准不涉及专利问题。