來源：微算云平臺

全鈣鈦礦串聯太陽能模塊的商業化受到傳統金基隧道復合結（TRJ）依賴性的阻礙。具體而言，這種TRJ引入了大量的近紅外寄生吸收，并存在界面不穩定性，從而限制了光電流的產生和運行耐久性。

在此，南京大學譚海仁教授，肖科助理教授和王元元教授等人開發了一種基于表面工程化氧化銦（In2O3）納米晶體的溶液加工互聯層，該層具有高光學透明性，其中可控的納米晶體形態和定制的配體化學實現了平滑的界面接觸和有利的能級對齊。值得注意的是，在鉛錫（Pb-Sn）鈣鈦礦前驅體中引入了一種膦酸添加劑，協同改善了與In2O3復合層的電子接觸，從而增強了空穴提取。同時，該添加劑調控鈣鈦礦結晶，以減輕成膜過程中的殘余應變，確保高質量的大面積沉積。這種協調的界面與結晶工程策略，同時提升了互聯層的載流子復合效率，改善了載流子提取，并促進了全鈣鈦礦串聯電池的大面積薄膜均勻性。由此，一個65平方厘米的全鈣鈦礦串聯太陽能模塊獲得了26.2%的認證功率轉換效率（由日本電氣安全與環境技術實驗室JET測量），其開路電壓為2.182 V，填充因子為77.4%，短路電流密度按子電池平均性能計為15.6 mA cm-2。這標志著向可擴展的鈣鈦礦串聯光伏技術邁出了重要一步。

相關文章以“Nanocrystal-tailored recombination for all-perovskite tandem solar modules”為題發表在Nature上。

研究背景

全鈣鈦礦串聯太陽能模塊（TSM）憑借其高功率轉換效率、成本效益和可擴展性，成為下一代光伏技術的有力候選。盡管小面積器件效率已超30%，大面積（≥20 cm2）模塊的效率仍受限于約24.5%，主要瓶頸在于短路電流密度不足（低于15 mA cm-2），這源于傳統隧道復合結（TRJ）的光學與能量損失，以及大面積鉛錫（Pb-Sn）鈣鈦礦薄膜的電荷傳輸限制。

現有先進TSM多采用“超薄Au/PEDOT:PSS/ALD-SnO2”構型，雖能實現有效載流子復合與防分流，但金屬層大面積均勻性差，易引發生長不均勻和光學吸收，且貴金屬成本高、PEDOT:PSS酸性本質導致寄生吸收和穩定性問題。為替代PEDOT:PSS，研究者探索了金屬氧化物、有機化合物及自組裝單層（SAM）等空穴選擇性材料，但普遍存在能級失配、電荷提取不足、結晶調控困難等問題。此外，Pb-Sn鈣鈦礦本征自p摻雜引入表面陷阱，加劇能量無序，大面積涂布過程中SAM覆蓋不均進一步導致結晶不均勻和晶格應變，損害電荷傳輸與器件均勻性。因此，發展能同時實現均勻成膜、缺陷最小化、高效電荷提取及穩定互連的Pb-Sn鈣鈦礦薄膜，是推動可擴展全鈣鈦礦TSM發展的關鍵。

研究內容

作者通過TRJ和鈣鈦礦界面的協同設計來應對這些耦合挑戰，引入了一種基于具有納米尺度形貌的表面工程化氧化銦納米晶體（In2O3 NCs）的全溶液加工TRJ，其能級和溶劑相容性可以通過配體化學進行系統調控。這種基于納米晶體的結結合了高光學透明度和高效的載流子復合，同時避免了與傳統基于金屬的TRJ相關的吸收損失、不穩定性和制造限制。為了確保與In2O3 NCs有利的能帶能量匹配，將一種基于膦酸的空穴選擇性材料（HSM）加入到Pb-Sn鈣鈦礦前驅體中。這種添加劑通過配位作用增強了空穴傳輸并減少了缺陷，同時其介導的結晶控制通過減輕殘余應變并維持大面積范圍內均勻的鈣鈦礦薄膜質量，進一步實現了可擴展沉積。通過這種協同的界面與結晶工程策略，成功制造了孔徑面積為65 cm2的全鈣鈦礦串聯模塊，實現了26.6%的實驗室測量PCE（由日本電氣安全與環境技術實驗室（JET）獨立認證為26.2%）。

圖1：全鈣鈦礦型熱電材料中的隧道重組結。

圖2：Pb-Sn鈣鈦礦太陽能電池中的電荷傳輸增強。

圖3：Pb-Sn鈣鈦礦薄膜的特性。

圖4：Pb-Sn鈣鈦礦薄膜及全鈣鈦礦型TSMs的大規模制備。

結論展望

綜上所述，本工作通過基于In2O3納米晶的復合層，同時解決了尺寸放大與疊層結構限制，成功制備了孔徑面積65 cm2、效率26.2%的全鈣鈦礦串聯太陽能模塊。該納米晶層減輕了傳統架構中的寄生吸收與不穩定性，其厚度不敏感的光電特性及良好的界面特性，結合空穴選擇性材料誘導的Pb-Sn鈣鈦礦均勻結晶，有效克服了模塊放大的關鍵挑戰。模塊面積、效率與穩定性的同步提升，凸顯了其商業化潛力。未來需協同發展狹縫涂布與真空輔助結晶等工藝，以實現800 cm2以上大面積高質量制備。

文獻信息

Ke Xiao, Hongfei Sun, Xinke Kong, Han Gao, Jing Lou, Xingze Chen, Zimo Hu, Dongdong Xu, Renxing Lin, Runnan Liu, Siyu Xia, Jin Xie, Ye Liu, Xin Luo, Fengjia Fan, Changqi Ma, Chao Chang, Yuanyuan Wang & Hairen Tan, Nanocrystal-tailored recombination for all-perovskite tandem solar modules, Nature , https://doi.org/10.1038/s41586-026-10768-1

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