2026 年 9 月 26 日
近日，由南京大学、国防技术国家创新研究所及澳大利亚国立大学等机构组成的联合研究团队在《自然能源》（Nature Energy）杂志上发表最新成果。该团队提出了一种全新的结晶控制策略，成功将全钙钛矿三结太阳能电池的认证效率提升至 30.1%，突破了此前因宽带隙钙钛矿薄膜质量不均导致的性能瓶颈。
攻克宽带隙钙钛矿结晶难题
钙钛矿材料因其高转换效率和低成本潜力，被视为光伏领域的重要发展方向。多结太阳能电池通过堆叠不同带隙（即激发电子所需的最小能量）的吸光层，能够捕获比单层电池更广泛的光谱范围。然而，制造高质量、均匀的超宽带隙（>2.0 eV）钙钛矿层一直是行业难点，这直接限制了全钙钛矿三结电池的整体性能。
论文共同通讯作者 Yongxi Li 指出，这项研究的核心在于解决全钙钛矿三结电池的关键瓶颈——生产高质量的 >2.0 eV 宽带隙子电池。在高溴含量的钙钛矿材料中，往往会出现结晶不均匀、表面粗糙以及溴化物分离等问题，导致显著的电压损失。
为了解决这一挑战，研究团队开发了一种单一的结晶控制策略。该方法结合了精心选择的溶剂体系与少量添加剂，旨在优化薄膜的形成过程。在未处理的薄膜中，富含特定组分的表面通常会在下层物质之前过早结晶。研究人员通过平衡的溶剂处理工艺，实现了表面的温和重建与平滑化。
实现 30.1% 的效率突破
利用显微镜、化学绘图及光物理测量等多种表征手段，团队证实了经过优化的薄膜具有更光滑的表面形貌和更均匀的溴化物分布。这些改进显著降低了非辐射复合损耗，并改善了载流子的传输特性。
当将这些优化后的薄膜整合到全钙钛矿三结太阳能电池中时，器件表现出优异的性能。在模拟太阳光条件下，电池在最大功率点运行 569 小时后，仍保持了超过 90% 的初始效率，显示出良好的运行稳定性。
具体参数显示，优化后的 2.0 eV 子电池开路电压达到 1.46 V。当其与 1.60 eV 和 1.22 eV 的子电池串联组合后，整个单片全钙钛矿三结电池的独立认证效率达到了 29.3%，最高效率记录为 30.1%。据团队介绍，这是首次有两端全钙钛矿三结装置的效率突破 30% 大关。
迈向灵活高效的多结光伏应用
这项研究为基于钙钛矿吸光层的薄型、轻量化及柔性多结光伏发电提供了新的技术路径。研究团队计划进一步优化处理方法，并将其应用于更多类型的多结太阳能电池设计中。
目前，相关测试主要在实验室环境中进行。未来，研究人员将在更接近实际工况的条件下评估电池性能。Yongxi Li 补充道：“我们计划进一步降低电压和填充因子损失，改善电流匹配，并将这种方法扩展到更大面积的可扩展设备。”
此外，开发具有高单位质量功率输出的柔性轻量级模块也是团队的重点方向之一。针对潜在的太空应用场景，团队还将重点评估电池在辐射、紫外线暴露、真空环境及热循环条件下的可靠性，而不仅仅局限于初始效率指标。
