重大突破，仁爍鈣鈦礦疊層電池效率突破30%

近期，仁爍光能和南京大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在全鈣鈦礦疊層電池領(lǐng)域取得最新進(jìn)展，經(jīng)日本電氣安全和環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（JET）國際權(quán)威認(rèn)證的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)30.1%，這是多晶薄膜太陽能電池首次實(shí)現(xiàn)超過30%的效率，該結(jié)果被收錄到《Solar cell efficiency tables》（Version 66）。2025年10月27日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《Nature》主刊。

在下一代光伏技術(shù)的不懈探索中，全鈣鈦礦疊層太陽能電池已成為領(lǐng)跑者。這類電池通過結(jié)合寬帶隙與窄帶隙鈣鈦礦材料，有望實(shí)現(xiàn)前所未有的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）。然而，這種疊層結(jié)構(gòu)的全部潛力受限于根本性的材料與界面挑戰(zhàn)，尤其是在空穴傳輸層（HTL）與窄帶隙（NBG）鈣鈦礦子電池之間的掩埋界面處。該界面是關(guān)鍵瓶頸，因非輻射復(fù)合損耗顯著限制器件性能。

在一項(xiàng)重要突破中，研究人員提出了一種新型偶極鈍化策略。該策略不僅能抑制界面陷阱態(tài)，還可精準(zhǔn)調(diào)控空穴傳輸層 / 鈣鈦礦結(jié)處的能級對齊。這種雙重功能方法通過同時(shí)增強(qiáng)電荷提取與減少不必要的復(fù)合，從根本上改變了界面特性。此舉為提升鉛錫（Pb-Sn）基窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率與穩(wěn)定性開辟了新途徑，而這類電池是高效全鈣鈦礦疊層器件的核心組成部分。

長期以來，鉛錫混合鈣鈦礦中空穴傳輸層 / 鈣鈦礦界面的非輻射復(fù)合損耗最小化難題尤為突出。傳統(tǒng)鈍化方法主要依賴長鏈胺分子，這類分子會形成絕緣層，阻礙電荷傳輸。盡管這些方法能減少陷阱態(tài)，但卻會無意中損害填充因子（FF）與短路電流密度（Jsc），從根本上限制電池的輸出功率與效率。有效鈍化與高效電荷提取之間的微妙平衡一直難以實(shí)現(xiàn) —— 直到如今。

這種新型偶極鈍化方法利用分子偶極調(diào)控界面處的靜電環(huán)境。研究人員通過沉積一層超薄偶極層，誘導(dǎo)形成有利的能級對齊，使鈣鈦礦與空穴傳輸層之間形成歐姆接觸。這種結(jié)構(gòu)大幅提升了空穴注入效率，同時(shí)排斥電子，從而抑制界面處的復(fù)合。這種對界面能級的精準(zhǔn)調(diào)控，是一種精妙且實(shí)用的策略，成功突破了長期存在的材料局限。

該鈍化策略帶來的顯著成果之一，是鉛錫鈣鈦礦層內(nèi)載流子擴(kuò)散長度大幅延長，達(dá)到了可觀的 6.2 微米。這一提升至關(guān)重要，因?yàn)楦L的擴(kuò)散長度能讓光生載流子在鈣鈦礦吸收層中傳輸時(shí)避免過早復(fù)合，從而最大限度提升電流提取效率與器件性能。通過確保更多電荷載流子參與電能輸出，該策略從多個維度有效提升了器件性能指標(biāo)。

在性能方面，偶極鈍化方法的影響十分顯著。經(jīng)該策略處理的鉛錫鈣鈦礦單結(jié)器件，功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 24.9%，開路電壓（Voc）為 0.911V—— 考慮到鉛錫鈣鈦礦固有的制備難度，這是一項(xiàng)顯著提升。此外，這些器件還展現(xiàn)出 33.1mA/cm2 的高短路電流密度與 82.6% 的優(yōu)異填充因子，這些參數(shù)充分證明了鈍化界面帶來的卓越電荷收集動力學(xué)特性。

除單結(jié)器件外，偶極鈍化技術(shù)對全鈣鈦礦疊層太陽能電池也具有深遠(yuǎn)意義。研究人員證實(shí)，該鈍化方法能有效抑制由連接寬帶隙與窄帶隙子電池的互連層引發(fā)的接觸損耗。這些界面改性使疊層器件在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下展現(xiàn)出卓越的功率轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到 30.6%，經(jīng)認(rèn)證的穩(wěn)定效率為 30.1%。

這一效率里程碑使全鈣鈦礦疊層太陽能電池成為下一代光伏技術(shù)的極具競爭力的候選者，在性能與材料可持續(xù)性方面均超越了眾多現(xiàn)有技術(shù)。該研究成果不僅為界面復(fù)合問題提供了解決方案，還展示了掩埋界面處的分子工程如何在不影響穩(wěn)定性與可制造性的前提下，大幅提升器件性能。

這項(xiàng)研究具有跨學(xué)科屬性 —— 融合了分子化學(xué)、材料科學(xué)與器件工程，凸顯了界面科學(xué)在可再生能源創(chuàng)新中的重要性。它為鈣鈦礦太陽能電池研究開啟了新篇章：在此領(lǐng)域，精準(zhǔn)的界面調(diào)控與吸收層材料的體相光電特性同等重要。這些進(jìn)展可能會加速全鈣鈦礦疊層光伏技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程，有望降低成本并推動其在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用。

此外，考慮到偶極鈍化工藝的可擴(kuò)展性，將其整合到現(xiàn)有鈣鈦礦器件制備流程中具有可行性。這種適應(yīng)性對于將實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的突破轉(zhuǎn)化為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要，從而推動高效疊層組件在實(shí)際太陽能裝置中的部署。

所報(bào)道的成果源于細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合精密的表征技術(shù)，揭示并優(yōu)化了掩埋界面處的分子偶極效應(yīng)。這些努力凸顯了深入理解界面現(xiàn)象的重要性，并表明未來的性能提升很可能繼續(xù)來自智能的化學(xué)與物理鈍化方案。

當(dāng)前光伏領(lǐng)域正朝著疊層太陽能電池 35% 的效率目標(biāo)邁進(jìn)，此項(xiàng)偶極鈍化研究的見解提供了清晰的實(shí)現(xiàn)路徑。通過解決窄帶隙子電池中最棘手的損耗問題之一，該方法為鈣鈦礦疊層器件實(shí)現(xiàn)此前被認(rèn)為難以企及的效率鋪平了道路，預(yù)示著高效、可規(guī)模化的太陽能利用新時(shí)代的到來。

總而言之，此次提出的創(chuàng)新偶極鈍化方法為解決鉛錫鈣鈦礦太陽能電池中與界面相關(guān)的復(fù)合損耗提供了變革性策略。它對電荷載流子動力學(xué)、能級對齊及整體器件性能產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，標(biāo)志著鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的重大突破。這一成果不僅深化了對掩埋界面物理機(jī)制的基礎(chǔ)認(rèn)知，也讓高效全鈣鈦礦疊層光伏技術(shù)的愿景更接近現(xiàn)實(shí)。