光伏电池根据技术可以分为三类，其中高效电池技术路线为：
单晶PERC→TOPcon→异质结（HJT）、全背接（IBC）→背接触异质结（HBC）、TBC、双面异质结（BifacialHJT）→钙钛矿单节/钙钛矿叠层太阳能电池。
硅基太阳能电池，包含单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
第一代太阳能电池制备成本较高，光电转换效率（PCE）一般，电池器件稳定很好，使用寿命一般在20年左右，目前已经投入市场应用。
在晶硅技术路径里，经历了Perc-TOPcon-HJT的三个阶段。
多元化合物薄膜太阳能电池，包括砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池等，这类薄膜太阳能电池的转换效率（PCE）较高，器件稳定性较好，电池器件制备工艺简单，但电池使用的部分材料元素严重污染环境并且地球储备量很少，阻碍了这代太阳能电池商业化和工业量产。
新型太阳能电池，包括钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池等。
这类太阳能电池制备工艺简单、原材料地球储备量大、光电转化效率较高。
钙钛矿泛指化学结构通式为ABX3的化合物，合成简单；钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机-无机杂化金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。
钙钛矿是一个大的原子或分子阳离子A（+1价）在一个立方体的中心。
一般为甲胺CH3NH3+、甲脒NH2CH=NH2+。
立方体的角落被原子B（+2价）占据，通常为正二价锡离子Sn2+、铅离子Pb2+，立方体的表面被一个更小的带负电荷的原子X（-1价）占据，通常为I-、Br-、Cl-等。钙钛矿材料属于人工设计的晶体材料，合成工艺简单，材料配方选择较灵活，可设计性强，具有高光电转换效率、价格低廉、重量轻等优点。
钙钛矿电池根据电荷传输方向不同，可分为n-i-p型和p-i-n型。
二者区别在于两种结构传输层顺序相反。n代表电子传输层（ETL），i代表钙钛矿活性层，p代表空穴传输层（HTL）。
太阳能电池根据电子传输层结构不同又可分为介孔结构和平面结构。
介孔结构即在透明导电基底上依次沉积致密的TiO2电子传输层和TiO2介孔层，介孔层可为钙钛矿的生长提供多孔基底、有效改善薄膜的均匀性、减少缺陷，同时也是支撑钙钛矿的支架。
由于薄膜沉积技术提高了钙钛矿薄膜质量，而介孔型钙钛矿制备相对复杂，因此现在普遍使用平面型钙钛矿。
平面结构不使用介孔支架，直接制备钙钛矿层，工艺简单，光电转换效率更高。
钙钛矿作为本征半导体夹在两个电荷选择层之间，其制备工艺简单、成本低，可用于钙钛矿叠层器件的制备，且迟滞现象几乎可以忽略。
相对ni-p结构而言，p-i-n结构钙钛矿太阳能电池最大的问题是效率不高，提高其效率是目前的研究热点，更适用于柔性电池器件的制备。
钙钛矿太阳能电池工作原理与晶硅电池类似，工作原理均为光生伏特效应。
钙钛矿材料介电常数大、激发能低，因此在吸收光子后可以产生空穴-电子对，并在室温下解离。
解离的电子迁移至电子传输层（ETL），空穴迁移至空穴传输层（HTM）。
电子和空穴分别经电池两侧的透明导电电极（FTO）和金属电极收集，并产生电流。钙钛矿太阳能电池按技术路径分为叠层和单结。
叠层钙钛矿电池主要系钙钛矿分别与钙钛矿、晶硅或薄膜电池进行叠层，拥有多层吸光层。
由导电玻璃、电子传输层（ETL）、钙钛矿活性层、空穴传输层（HTL）和金属电极组成。各层材料可选择较多。
位于器件最底端，是太阳光和载流子传输的重要部件，其透光率、表面粗糙度、表面方阻等会直接影响器件性能，常用的刚性基底为透明导电玻璃掺氟氧化锡（FTO）、氧化铟锡（ITO），柔性基底通常为ITO/PEN。
一般由N型半导体组成，电子传输层在钙钛矿太阳能电池中起着至关重要的作用：
电子传输层应与钙钛矿吸光层能级匹配，且具有电子迁移率大、透光率高等特点。
金属氧化物、有机化合物，常见金属氧化物电子传输材料主要有TiO2、ZnO、SnO2等；有机化合物一般为富勒烯衍生物（PCBM）、C60，C60更能有效地传输电子和钝化缺陷，从而减少载流子复合，因此C60性能优于PCBM。
为钙钛矿太阳能电池的核心层，可吸收一定波长范围内的太阳光，促进光生载流子的解离与输运。一般为有机金属卤化物。
一般由P型半导体组成，空穴传输材料要与钙钛矿层和对电极有着合适的能级匹配，既可以高效地进行空穴的提取和传输，又能有效地阻挡电子的迁移和载流子复合。
根据材料组分的不同，空穴传输材料可以分为有机材料和无机材料（NiO、CuOx、CuI和CuSCN）。
spiro-OMeTAD是PSCs中使用最早、应用最广泛的P型小分子空穴传输材料。
可以是碳电极，或为Au或Ag等贵金属制备的背电极。
钙钛矿能调整带隙宽度，叠层技术可以提高光电转换效率。
据索比光伏网数据，钙钛矿材料带隙宽度约为1.2-2.5eV，由于钙钛矿可人工合成，所以钙钛矿能调整带隙宽度，可将两个具有不同带隙的钙钛矿电池叠层以提高光电转换效率。
由于各类材料具备不同带隙，不同材料叠层可分别吸收不同光谱的光，可叠层以提高光电转换效率。
不同材料叠层互补，以钙钛矿/晶硅叠层为主，钙钛矿/晶硅两端叠层电池稳态输出效率已经达到32.44%；
钙钛矿电池比晶硅电池能更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光，而晶硅电池可有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光。
钙钛矿能调整带隙宽度，提高光谱吸收效果，全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率达到29%；
宽带隙顶电池和窄带隙底电池，子电池间通过隧穿复合结以串联的方式连接。
叠层器件通过对不同波段的阳光进行分别吸收，从而可以减少由于电子热弛豫所造成的能量损失，从而提升电池的光电转换效率。
钙钛矿和晶硅叠层实现1+1＞2效果，转换效率更高、发展速度最快。
钙钛矿太阳能电池可作为顶电池与硅电池形成叠层太阳能电池，即钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。钙钛矿-硅叠层电池可分为两端叠、三端叠和四端叠。
目前单结电池实验室效率记录已达到了25.7%，两端叠电池实验室效率超过31%；而两端叠电池的理论效率可达45%，远高于单结电池的S-Q极限效率33%。
两端叠层电池：两端叠层电池是将钙钛矿电池直接旋涂在硅底电池上，通过中间的透明导电层连接在一起，形成串联电池，两端叠层电池只有顶部和底部两个电极。
2015年由MIT大学Mailoa课题组首次成功制备，实现13.7%转换效率（PCE）。
三端叠层电池：受限于低带隙电池过小的VOC，难以实现较高的性能，因此发展较为缓慢。
四端叠层电池：可以分立的设计上下两个组件，然后通过机械叠层组合在一起，工艺更加简单，可避免电流匹配对性能限制，因此更有可能实现高PCE、低成本的叠层电池。
根据晶硅电池类型，叠层电池可包括钙钛矿-PERC、钙钛矿-TOPerc、钙钛矿-TOPCon以及钙钛矿-异质结四种。
根据2020年EUPVSEC发布了德国弗劳恩霍夫太阳能研究所的研究报告，据黑晶光电披露：
主要受限于正表面未钝化的掺磷发射极，这将导致电池Jsc与Voc的降低，预估效率为29.0%，其底电池成本约为0.48欧元/片，相对较低。
钙钛矿-TOPerc电池（PERC增加类似TOPCon的钝化层）：得益于前表面的全局钝化及出色光学电学性能，可得到30.0%光电转换效率。
N-TOPCon层（钝化层）中的FCA部分补偿光学增益，并进一步降低多晶硅厚度。
替换掺磷发射极与相应工艺的改变降低了此叠层概念成本，底电池0.47欧元/片。
Pero-TOPCon通过全面积钝化接触代替局部Al-BSF适当提高了电池效率，约为30.1%。
但是由于背部的银色栅线，底电池成本较高约为0.54欧元/每片。
转换效率最高为30.7％，但是由于设备和工艺耗材成本增加，底电池成本进一步提高至0.61欧元/片。
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：光伏电池的“明日之星”-钙钛矿电池
