83%的钙钛矿电池Jsc被高估——5575个器件数据揭示J-V与EQE积分电流的系统性失配

1 背景与问题

卤化物钙钛矿太阳能电池正从实验室研究迈向产业化商业化。在这一关键转型期，标准化的测试协议和可靠的性能指标传播变得至关重要。长期以来，学术界普遍假设通过电流-电压（JV）扫描得到的短路电流（）与通过外量子效率（EQE）积分计算得到的短路电流（）是相等或高度一致的。然而，随着钙钛矿器件效率突破25%，这种假设在新型光伏材料中是否依然成立，成为了评估器件真实性能的核心挑战。

如果测试数据存在系统性偏差，不仅会误导研究方向，还会削弱研究领域的可信度，进而阻碍商业器件的开发。因此，如何通过严谨的测量手段验证JV测试结果的真实性，并揭示潜在的物理机制，成为了当前钙钛矿光伏研究亟待解决的问题。

2 核心方案

为了验证JV 测试数据的可靠性，本研究采用了JV 测量与EQE 测量相结合的双重验证方法。

研究团队分析了Perovskite Database中超过16,000 篇出版物的数据，重点考察了5575 个同时报告了 和 的器件数据。核心方法包括：

(1) JV 曲线测试：获取标准光照下的短路电流密度；

(2) EQE 光谱测试：测量器件在不同波长下的外量子效率；

(3) 光谱积分计算：利用公式 （其中 为 AM 1.5 光谱），将 EQE 数据积分转化为理论短路电流；

(4) 统计对比分析：对比 与 的差异，分析其与器件结构、组分及测试时间的关系。

图1.Jsc、JV与Jsc,EQE之间的关系。a所有5575个在钙钛矿数据库中均报告了Jsc、JV的器件，其集成外部量子效率Jsc,EQE与短路电流JV测量值Jsc,JV之间的关系。黑色对角线表示Jsc,JV= Jsc,EQE。b整个数据集内Jsc,JV/Jsc,EQE的分布情况。分箱大小设定为0.004。

3 实验结果与分析

通过对海量数据的统计分析，研究揭示了钙钛矿电池中存在显著的系统性电流失配现象。

3.1 关键数据发现

(1) 系统性偏差：研究发现 普遍大于 。在所有数据点中，有 83% 的器件表现出 ；

(2) 平均偏差幅度：排除异常值后， 比值的平均值 为 1.041，标准差 为 0.057。这意味着 JV 测得的短路电流平均比 EQE 积分值高出约 4%；

(3) 时间持久性：这种偏差在过去近十年的发展中持续存在，并未随着测试协议的进步而消失（见下图）。

图2.Jsc、JV/Jsc、EQE随出版日期变化的趋势。箱距为半年。方框的末端表示第25和第75百分位数。这个须须线位于四分位距1.5处，这意味着对于服从正态分布的数据集，99.3%的点应落在该范围内。

3.2 结论分析

这种4%的系统性差异无法单纯用测试误差（如光谱失配、灯泡校准）来解释，也非由器件迟滞效应或传输层选择引起。研究指出，这可能与钙钛矿材料内部的离子迁移、电容效应或JV扫描过程中的动态物理过程有关。这一发现强调了仅依赖JV 测试是不够的，必须引入EQE测试作为独立的质量控制手段。

4 产品介绍

SolarYield

太阳能电池量子效率测量系统

SolarYield是一款太阳能电池量子效率与光谱响应测量平台，用于获得EQE、IQE、光谱响应度和等效积分电流密度，并可扩展能量损耗分析。系统覆盖常规与近红外光伏器件。适用于晶硅、钙钛矿、有机、CIGS、叠层和多结太阳能电池研发。钙钛矿/硅叠层、多结与窄带隙太阳能电池需要宽波段EQE、偏置条件和子电池电流匹配分析。SolarYield可测量EQE、IQE、光谱响应度与积分电流，并用于比较顶电池、底电池和不同吸收层的光谱贡献。

4.1 技术特点

(1) 支持EQE/IPCE、IQE、光谱响应度、等效积分电流密度和能量标定等核心光伏表征；

(2) 工作波长可配置300-1100 nm或300-1800 nm（支持扩展至2500nm），覆盖硅基、叠层、CIGS、OPV与钙钛矿器件；

(3) 高灵敏EQE测试精度达到10⁻⁷级，支持多通道器件自动切换和0.5-10 mm可调光斑；

(4) 集成三轴位移、高清可视化对位和软件能量标定，并可扩展带隙及能量损耗分析模块；

(5) 偏置光、偏置电压、宽波段探测与自动对位适合分别测量叠层器件各子电池的光谱响应。

4.2 产品优势

(1) 宽波段、高灵敏和自动对位兼顾常规电池、微小器件及近红外底电池测试；

(2) 量子效率与能量损耗扩展分析建立从标准性能测量到效率损失诊断的升级路径；

(3) 高度集成的光学、电学和软件测量流程提高光斑定位、能量标定与多器件测试的一致性；

(4) 宽波段、叠层偏置和自动对位组合能够解决通用EQE系统难以分别测量子电池响应的问题。

原文参考：A systematic discrepancy between the short circuit current and the integrated quantum efficiency in perovskite solar cells