南开新闻网讯（记者 高雨桐）作为新一代光伏技术的重要方向，钙钛矿/晶硅叠层电池兼具晶硅电池成熟稳定和钙钛矿材料高效率、低成本等优势，被认为有望突破传统单晶硅电池的效率极限，具有广阔的应用前景。当前，宽带隙钙钛矿子电池仍面临“光电压不足”与稳定性不足等关键挑战。如何降低电压损失、提升晶体质量并增强材料稳定性，成为推动钙钛矿/硅叠层电池效率进一步提升的核心问题。
近日，南开大学电子信息与光学工程学院李跃龙研究员团队联合苏州大学杨新波教授团队及宁德时代，在宽带隙钙钛矿太阳电池领域取得关键突破。相关成果以“Minimizing the VOC deficit by regulating facets of wide-bandgap perovskite for monolithic perovskite/silicon tandem solar cells”（《通过晶面调控最小化宽带隙钙钛矿开路电压损失及其单片式钙钛矿/晶硅叠层电池研究》）为题发表于国际学术期刊eScience。研究通过晶面调控基于1.67 eV带隙钙钛矿太阳能电池实现1.295 V高开路电压，达到该带隙钙钛矿太阳电池最好性能之一，为高效两端硅钙叠层电池提供全新的技术路径。
图 1（a）单结器件结构示意图。（b）无减反层条件下，对照组与实验组的最佳器件的J–V曲线。（c）对照组与实验组器件的稳态光电转换效率。（d）EQEEL随电流密度变化曲线。（e）辐射复合与非辐射复合开路电压损失统计分布图。（f）对照组与实验组器件的开路电压随光强度变化关系。氮气氛围下，常温（g）与（h）85 ℃条件下未封装的对照组与实验组器件的最大功率点追踪曲线。
在农业生产中，植物生长调节剂氯吡脲（CPPU）常被用作果实“膨大剂”，能够调控植物细胞分裂，让果实生长得更加均匀饱满。研究人员创新性地将CPPU引入钙钛矿材料结晶调控过程，通过选择性吸附强化前驱体加合物的[001]取向，引导形成优选（100）晶面，有效抑制非辐射复合、减少陷阱态。实验证实，CPPU不残留于薄膜，且诱导钙钛矿沿“线性结晶路径”形成致密规整的薄膜，显著优化载流子传输动力学。
“简单来说，CPPU像一名指挥员，能引导晶体沿着更加有序的方向排列，让原本容易‘杂乱生长’的晶体逐渐变得整齐规整，从而形成更加致密稳定的薄膜结构。”论文第一作者、南开大学电子信息与光学工程学院博士研究生张鑫鹏介绍。
图 2 （a）钙钛矿/晶硅叠层电池结构示意图。（b）器件正面截面SEM图像。最佳性能器件的（c）J–V曲线和（d）EQE曲线。（e）对照组与实验组器件的开路电压与光电转换效率统计图。（f）最佳性能器件的稳态光电转换效率。（g）未封装器件的最大功率点追踪结果。
经优化，研究团队制备的1.67 eV宽带隙钙钛矿太阳电池实现23.46%的认证稳态效率和1.295V开路电压，非辐射电压损失仅68 mV，达到该带隙体系最好性能之一。在稳定性测试中，未封装器件在氮气环境连续光照近1100小时、85℃高温运行850小时后，仍分别保持95%和94%的初始效率。以该宽带隙钙钛矿作为顶电池构建的两端硅钙叠层电池获得32.17%的光电转换效率，第三方认证效率达31.93%（1.00 cm²），在加速老化500小时后仍保持约90%的初始性能，稳定性显著优于对照组。
李跃龙表示，这项研究突破了宽带隙钙钛矿太阳电池在开路电压与稳定性方面的关键瓶颈。未来，团队将进一步优化相关技术，推动其在高效硅钙叠层太阳电池中的应用，为新一代高效稳定光伏技术的发展提供支撑。
论文地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667141726000340
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