摘要：单片全钙钛矿串联太阳能电池为超越单结太阳能电池的效率极限提供了一种有前景的途径。然而，宽带隙钙钛矿子电池中大量的开路电压损耗阻碍了功率转换效率（PCE）的进一步提高。

单片全钙钛矿串联太阳能电池为超越单结太阳能电池的效率极限提供了一种有前景的途径。然而，宽带隙钙钛矿子电池中大量的开路电压损耗阻碍了功率转换效率（PCE）的进一步提高。

2025年1月10日，南京大学谭海仁教授、林仁兴助理教授和瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授在国际顶级期刊Nature Materials发表题为《All-perovskite tandem solar cells achieving >29% efficiency with improved (100) orientation in wide-bandgap perovskites》的研究论文，副研究员刘洲、助理教授林仁兴、硕士生殷梦然和魏明阳教授为论文共同第一作者，谭海仁教授、林仁兴助理教授和Michael Grätzel教授为论文共同通讯作者。

谭海仁，南京大学现代工程与应用科学学院教授，国家杰青。2008年本科毕业于中南大学，2011年在中国科学院半导体研究所获得硕士学位，2015年在荷兰代尔夫特理工大学取得博士学位。2015-2018年在加拿大多伦多大学从事博士后研究，2018年加入南京大学。

谭海仁教授的研究方向为半导体光电材料与器件、钙钛矿太阳能电池、光伏材料与器件、太阳能转换与存储。他在钙钛矿太阳能电池和硅基薄膜太阳能电池领域进行了比较系统深入的研究，领导科研团队实现了全钙钛矿叠层太阳能电池、平面型钙钛矿太阳能电池、非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池光电转换效率的世界记录。

在Science、Nature、Nature Energy、Nat. Comm.、Adv. Mater.等学术期刊发表论文90余篇，引用15000余次。

林仁兴，南京大学现代工程与应用科学学院助理教授。2016年本科毕业于南京理工大学，2022年在南京大学获得博士学位，导师：谭海仁。博士毕业后留校工作，现为助理教授。

林仁兴的研究领域为钙钛矿太阳能电池；钙钛矿基叠层太阳能能电池；光电产存一体化（光-电-储能、光-电-化学能）。他长期从事新型光伏材料与器件的研究工作，包括钙钛矿太阳能电池、新型高效低成本叠层太阳能电池及其应用，多次实现了全钙钛矿叠层太阳能电池光电转换效率的世界记录，7次被业界权威的“Solar cell efficiency tables”收录。

在这里，作者开发了具有改善的（100）晶体取向的宽带隙钙钛矿薄膜，可抑制非辐射复合。

研究表明，使用二维钙钛矿作为薄膜表面的中间相，在结晶过程中可促进沿（100）三维钙钛矿切面的非均相成核。

优选的（100）取向可以通过表面组成工程增加二维相的数量来实现，而不需要过多的二维配体，否则会阻碍载流子传输。

测试发现，具有1.78 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.373 V，以及84.7%的高填充因子。在最大功率点条件下，全钙钛矿串联太阳能电池的开路电压为2.21 V，经认证的功率转换效率为29.1%。

图1：DA、SPA和M-SPA钙钛矿薄膜的形成过程

图2：WBG钙钛矿薄膜的表征

图3：WBG PSCs的性能

图4：全钙钛矿串联太阳能电池的光伏性能

综上，研究团队开发了一种具有改善的（100）晶体取向的宽带隙钙钛矿薄膜，通过在薄膜表面使用二维钙钛矿作为中间相，促进在结晶过程中沿（100）三维钙钛矿切面的非均相成核，从而抑制非辐射复合，提高开路电压和光电转换效率。

这项研究通过改善钙钛矿薄膜的晶体取向，显著减少了非辐射复合，从而提高了开路电压和光电转换效率，突破了单结太阳能电池的效率极限。其提供了一种有效的技术手段来控制宽带隙钙钛矿薄膜的晶体取向，而不影响载流子传输，为全钙钛矿串联太阳能电池的进一步发展奠定了基础。

未来，该研究有望推动太阳能电池技术的商业化应用，特别是在需要高效率和低成本的太阳能发电领域。此外，这种高效的太阳能电池技术可以广泛应用于分布式发电、建筑一体化光伏系统、便携式电子设备等领域，有助于实现可再生能源的广泛应用和能源的可持续发展。

Liu, Z., Lin, R., Wei, M.et al. All-perovskite tandem solar cells achieving >29% efficiency with improved (100) orientation in wide-bandgap perovskites. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02073-x

来源：华算科技