实验室35%，户外却算不过账？拆解钙钛矿/晶硅叠层的“串联失配”
2026年7月，隆基宣布两端钙钛矿/晶硅叠层电池效率经ESTI认证达到35.5%；6月，天合3.1 m²叠层组件标定功率907 W、全面积效率29.2%。数字一个比一个漂亮，但做组件、做电站的朋友心里都有一个问号：STC下的效率，到了早晚、阴雨天还剩多少？ 这一篇我们只讲一件事：两端叠层的“串联失配”。
01 两个泵串在一根管子里：为什么必须“电流相等”
两端叠层（2T）是把宽带隙钙钛矿顶电池（约1.68 eV）直接做在晶硅底电池（1.12 eV）上，中间靠一层复合层串联。顶电池吃短波（大约738 nm以下），底电池吃顶电池漏下来的长波。
串联的代价是：整片电池的电流只能等于两个子电池中较小的那一个。可以把它想成一根管子上串了两台泵，流量由慢的那台决定，快的那台多出来的力气只能白白耗掉（转成热或者以复合的形式损失）。
四端叠层（4T）则是两块电池各自引线、各自做最大功率点跟踪，天然不怕失配，但要多一套透明电极和布线，光学和电学损失、成本也跟着上去。这也是目前做大尺寸量产，主流仍选2T的原因。
图1 两端叠层与四端叠层的电学结构对比
02 太阳光不是AM1.5G：光谱往哪边跑
实验室测效率用的是AM1.5G标准光谱，对应太阳高度角约42°的晴天。叠层电池的带隙、膜厚，都是围绕这一条光谱“调到刚好匹配”的。
户外的光谱却一直在变，主要有三种情况：
- 早晚低太阳：光穿过的大气路径变长（AM变大），短波被散射得更多，光谱红移，顶电池的“口粮”先变少。
- 晴天正午：AM接近1，蓝光比标准光谱略多，顶电池略有富余。
- 阴天、多云、阴影处：直射光被挡掉，以散射光为主，光谱整体蓝移，底电池反而吃不饱。
图2 AM1.5与AM5光谱对比（按同等总能量归一），虚线为1.68 eV顶电池吸收边
03 谁限制了谁：一天里的“限流权”交接
我们用公开的SPECTRL2晴空光谱模型做了一个简化估算：假设一块在AM1.5G下刚好匹配的2T叠层，顶电池带隙1.68 eV，看不同太阳高度下顶/底电池光电流比怎么变（计算口径见文末）。
图3 不同大气质量下顶/底电池光电流比（估算，AM1.5G匹配=1）
| 场景 | 典型AM | 顶/底电流比 | 谁限流 | 被浪费的电流 |
|---|---|---|---|---|
| 夏季正午 | 1.0 | 1.02 | 底电池 | 顶电池约2% |
| 标准测试 | 1.5 | 1.00 | 匹配 | 0 |
| 太阳高度约20°（如冬季上午9点） | 3 | 0.94 | 顶电池 | 底电池约6% |
| 早晚低太阳 | 5 | 0.88 | 顶电池 | 底电池约12% |
| 日出日落附近 | 8 | 0.83 | 顶电池 | 底电池约17% |
| 纯散射光（阴影/重阴） | — | 约2.9 | 底电池 | 顶电池大量富余 |
结论很清楚：晴天早晚是顶电池拖后腿，阴天散射光为主时是底电池拖后腿。实测也印证了这一点——2026年西南石油大学、通威等团队在可调LED光谱下测得，富蓝光谱下失配约4.98%，富红光谱下约4.32%，而整片电池的短路电流始终跟着电流较小的那个子电池走。
但这里有一个容易被忽略的点：早晚和阴天的失配比例虽然大，辐照度本身却很低，在全年发电量里的权重并不高。所以失配不会像比例数字那样“吃掉一大块”。
小结
失配比例最大的时段，恰恰是发电量最少的时段。光谱失配是实打实的损失，但它是“慢性病”，不是“急症”。
04 让失配更复杂的三只手：温度、背面光、衰减
光谱之外，还有三个因素在悄悄挪动匹配点：
- 温度：KAUST在沙特的户外实测发现，温度升高时晶硅带隙变窄（底电池电流上升），钙钛矿带隙反而变宽（顶电池电流下降），两者方向相反。结果是在炎热地区，按STC调好的器件会被推向“顶电池限流”。他们建议在组件工作温度超过55 °C的地区，顶电池STC带隙应低于1.68 eV；Fraunhofer ISE的户外测试也给出类似结论，最优值从理论上的1.73 eV降到约1.685 eV。
- 背面光（双面）：地面反射光几乎只进入底电池。反照率越高，底电池电流越富余，最优顶电池带隙就要往窄的方向调——模拟显示，反照率30%时约1.66 eV，50%时约1.64 eV。
- 衰减：这是我们的判断。如果钙钛矿顶电池在户外衰减快于晶硅，顶电池电流随时间下降，器件会越来越偏向“顶电池限流”。设计匹配点时，最好给顶电池留一点电流余量。
图4 不同应用条件下的最优顶电池带隙
05 账到底怎么算：按瓦亏，按平方米赚
回到标题里的问题：为什么“算不过账”？我们认为要分两笔账看。
第一笔是光谱失配账。NREL的模拟给出，在STC下电流匹配的器件，全年光谱偏离只造成约2%（相对值）的发电效率损失；但如果顶电池带隙偏离匹配点超过0.1 eV，损失会扩大到5%以上。2026年发表在eScience Energy上的研究，用海口、阿尔伯克基、盐城、大庆四地全年光谱测算：相对TOPCon，叠层每瓦年发电量少0.77%~3.25%，但凭借更高的组件功率，每平方米年发电量多8.74%~11.16%，在有利地区可降低度电成本约1.59%，支撑最高约7%的组件溢价。
图5 叠层相对TOPCon的年发电量变化：按瓦与按面积（四地范围）
第二笔是电池到组件的落差账，这笔比失配大得多：
| 对象 | 效率 | 面积/说明 |
|---|---|---|
| 隆基叠层电池（ESTI，2026.7） | 35.5% | 面积未披露 |
| 隆基叠层电池 | 34.3% / 32.2% | 261 cm² / 274 cm² |
| 天合叠层组件（TÜV SÜD，2026.6） | 29.2%（907 W） | 3.1 m²，全面积 |
| Oxford PV叠层组件纪录（2024） | 26.9% | 60片版型，约1.6 m² |
| Oxford PV首批商业组件（2024） | 24.5% | 72片版型 |
从35%到29%，掉的那几个点主要来自面积放大、互联与封装损失，与光谱失配是两码事。把这两笔账混在一起，就会得出“叠层户外不行”的错误印象。
一句话结论
光谱失配让叠层按瓦少发1%~3%，但按面积仍多发约10%；真正决定户外收益的，是匹配点有没有按当地光谱、温度和反照率重新设计。
06 工程上怎么应对
- 按气候调匹配点：高温、高反照率地区，顶电池带隙宜偏窄；高纬度、多散射光地区，则要评估阴天时段的底电池限流。
- 用好双面：背面光天然补底电池，给“偏窄带隙、更稳定的钙钛矿配方”留出空间，一举两得。
- 测试要“分子电池”：多结器件的I-V测试需按IEC 60904-1-1调整光谱，采购时可以要求供应商提供两个子电池各自的光谱响应数据，而不只是一张STC功率铭牌。
- 项目评估用当地光谱：eScience Energy那项研究提出了用紫外辐照占比快速评估失配的思路，在缺少全光谱数据的地区很实用。
- 2T之外的选项：三端、四端结构不受电流匹配约束，适合对发电量稳定性要求高的场景，但要付出电极、布线和成本的代价。
07 写在最后
叠层的“串联失配”不是什么致命缺陷，它更像是一份“出厂设置”问题：实验室把匹配点调在AM1.5G、25 °C、单面受光，而真实电站是另一套参数。效率纪录告诉我们叠层能走多远，发电量模型才告诉我们它在哪里值得装。
下一篇，我们准备接着聊叠层组件的另一道坎——钙钛矿顶电池在湿热、光照和反向偏压下的可靠性测试，欢迎在留言区告诉我们你最关心的问题。
计算说明
图3及“谁限制了谁”表格为本团队估算：采用pvlib库中的SPECTRL2晴空光谱模型（水平面、大气可降水量1.42 cm、500 nm气溶胶光学厚度0.1、臭氧0.31 atm-cm），顶电池吸收300~738 nm、底电池吸收738~1180 nm，两者外量子效率统一取0.9，并以AM1.5对应的电流比归一为1。未计入温度、反射、寄生吸收和发光耦合，仅用于说明趋势，不代表任何具体产品。“纯散射光”一项为晴空天空散射分量，重阴天的实际光谱蓝移程度会更小。
参考资料
- pv magazine. Longi sets new world record with 35.5%-efficient perovskite-silicon tandem cell, 2026-07-15.
- 中国能源报. 隆基再次刷新晶硅—钙钛矿叠层电池效率世界纪录, 2026-07-20.
- 证券之星. 天合光能叠层组件峰值功率达907W, 2026-06-01.
- PV Tech. Oxford PV unveils record 26.9% perovskite tandem module, 2024; Oxford PV ships first commercial perovskite tandem modules, 2024.
- Challenges of two-terminal perovskite/silicon tandem solar cells operating under globally varying spectral conditions. eScience Energy, 2026. DOI: 10.1016/j.esen.2026.100065.
- Witteck R. et al. Spectral effects on the energy harvesting efficiency of 2- and 4-terminal tandem photovoltaics. arXiv:2310.06914, 2023.
- Aydin E. et al. Interplay between temperature and bandgap energies on the outdoor performance of perovskite/silicon tandem solar cells. Nature Energy, 2020. DOI: 10.1038/s41560-020-00687-4.
- De Bastiani M. et al. Efficient bifacial monolithic perovskite/silicon tandem solar cells via bandgap engineering. Nature Energy 6, 167–175, 2021.
- pv magazine USA. How temperature affects tandem solar cell performance (Fraunhofer ISE).
- Perovskite/silicon tandem solar cells: Effect of luminescent coupling and bifaciality. arXiv:2008.13696.
- IEC 60904-1-1. Photovoltaic devices – Part 1-1: Measurement of current-voltage characteristics of multi-junction photovoltaic devices.
- pvlib python, SPECTRL2 spectral model (Bird & Riordan, 1986).
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