83%的鈣鈦礦電池Jsc被高估——5575個器件數據揭示J-V與EQE積分電流的系統性失配

1 背景與問題

鹵化物鈣鈦礦太陽能電池正從實驗室研究邁向產業化商業化。在這一關鍵轉型期，標準化的測試協議和可靠的性能指標傳播變得至關重要。長期以來，學術界普遍假設通過電流-電壓（JV）掃描得到的短路電流（）與通過外量子效率（EQE）積分計算得到的短路電流（）是相等或高度一緻的。然而，隨著鈣鈦礦器件效率突破25%，這種假設在新型光伏材料中是否依然成立，成為了評估器件真實性能的核心挑戰。

如果測試數據存在系統性偏差，不僅會誤導研究方向，還會削弱研究領域的可信度，進而阻礙商業器件的開發。因此，如何通過嚴謹的測量手段驗證JV測試結果的真實性，並揭示潛在的物理機製，成為了當前鈣鈦礦光伏研究亟待解決的問題。

2 核心方案

為了驗證JV 測試數據的可靠性，本研究采用了JV 測量與EQE 測量相結合的雙重驗證方法。

研究團隊分析了Perovskite Database中超過16,000 篇出版物的數據，重點考察了5575 個同時報告了 和 的器件數據。核心方法包括：

(1) JV 曲線測試：獲取標準光照下的短路電流密度；

(2) EQE 光譜測試：測量器件在不同波長下的外量子效率；

(3) 光譜積分計算：利用公式 （其中 為 AM 1.5 光譜），將 EQE 數據積分轉化為理論短路電流；

(4) 統計對比分析：對比 與 的差異，分析其與器件結構、組分及測試時間的關系。

圖1.Jsc、JV與Jsc,EQE之間的關系。a所有5575個在鈣鈦礦數據庫中均報告了Jsc、JV的器件，其集成外部量子效率Jsc,EQE與短路電流JV測量值Jsc,JV之間的關系。黑色對角線表示Jsc,JV= Jsc,EQE。b整個數據集內Jsc,JV/Jsc,EQE的分布情況。分箱大小設定為0.004。

3 實驗結果與分析

通過對海量數據的統計分析，研究揭示了鈣鈦礦電池中存在顯著的系統性電流失配現象。

3.1 關鍵數據發現

(1) 系統性偏差：研究發現 普遍大於 。在所有數據點中，有 83% 的器件表現出 ；

(2) 平均偏差幅度：排除異常值後， 比值的平均值 為 1.041，標準差 為 0.057。這意味著 JV 測得的短路電流平均比 EQE 積分值高出約 4%；

(3) 時間持久性：這種偏差在過去近十年的發展中持續存在，並未隨著測試協議的進步而消失（見下圖）。

圖2.Jsc、JV/Jsc、EQE隨出版日期變化的趨勢。箱距為半年。方框的末端表示第25和第75百分位數。這個須須線位於四分位距1.5處，這意味著對於服從正態分布的數據集，99.3%的點應落在該範圍內。

3.2 結論分析

這種4%的系統性差異無法單純用測試誤差（如光譜失配、燈泡校準）來解釋，也非由器件遲滯效應或傳輸層選擇引起。研究指出，這可能與鈣鈦礦材料內部的離子遷移、電容效應或JV掃描過程中的動態物理過程有關。這一發現強調了僅依賴JV 測試是不夠的，必須引入EQE測試作為獨立的質量控製手段。

4 產品介紹

SolarYield

太陽能電池量子效率測量系統

SolarYield是一款太陽能電池量子效率與光譜響應測量平台，用於獲得EQE、IQE、光譜響應度和等效積分電流密度，並可擴展能量損耗分析。系統覆蓋常規與近紅外光伏器件。適用於晶矽、鈣鈦礦、有機、CIGS、疊層和多結太陽能電池研發。鈣鈦礦/矽疊層、多結與窄帶隙太陽能電池需要寬波段EQE、偏置條件和子電池電流匹配分析。SolarYield可測量EQE、IQE、光譜響應度與積分電流，並用於比較頂電池、底電池和不同吸收層的光譜貢獻。

4.1 技術特點

(1) 支持EQE/IPCE、IQE、光譜響應度、等效積分電流密度和能量標定等核心光伏表征；

(2) 工作波長可配置300-1100 nm或300-1800 nm（支持擴展至2500nm），覆蓋矽基、疊層、CIGS、OPV與鈣鈦礦器件；

(3) 高靈敏EQE測試精度達到10⁻⁷級，支持多通道器件自動切換和0.5-10 mm可調光斑；

(4) 集成三軸位移、高清可視化對位和軟件能量標定，並可擴展帶隙及能量損耗分析模塊；

(5) 偏置光、偏置電壓、寬波段探測與自動對位適合分別測量疊層器件各子電池的光譜響應。

4.2 產品優勢

(1) 寬波段、高靈敏和自動對位兼顧常規電池、微小器件及近紅外底電池測試；

(2) 量子效率與能量損耗擴展分析建立從標準性能測量到效率損失診斷的升級路徑；

(3) 高度集成的光學、電學和軟件測量流程提高光斑定位、能量標定與多器件測試的一緻性；

(4) 寬波段、疊層偏置和自動對位組合能夠解決通用EQE系統難以分別測量子電池響應的問題。

5575個器件大數據分析揭示83%的鈣鈦礦電池Jsc被平均高估約4%，凸顯EQE獨立驗證的必要性。東譜科技SolarYield系統覆蓋300-2500nm，EQE精度10⁻⁷級，支持疊層子電池偏置光/電壓測量。配合UltraTran的I-V、IS與IMPS功能，可全面評估器件光電性能與動態響應。東譜科技為光伏器件光譜響應與效率損耗診斷提供一站式解決方案。

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