近日，中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所王在伟研究员与新加坡国立大学侯毅教授合作在国际权威期刊Nature Reviews Clean Technology发表了题为 “Perovskite-based multi-junction solar cells”的综述性论文[]，系统总结了钙钛矿基多结太阳能电池的最新研究进展与未来发展方向。这一成果为推动新一代高效、低成本光伏技术提供了重要的理论依据和发展蓝图。

研究背景

光伏发电作为实现碳中和的重要能源技术，近年来发展迅速。然而，目前商用的硅基或钙钛矿单结电池效率已接近单结理论极限，进一步提升空间有限。多结太阳能电池通过层叠具有互补带隙的光吸收材料，可更高效地利用太阳光谱，被认为是突破效率瓶颈的关键路径。

钙钛矿材料因其带隙可调、制备成本低、工艺灵活等优势，被广泛应用于与硅或其他半导体叠层的多结光伏器件中。但与此同时，该领域仍面临诸多挑战，例如超宽带隙钙钛矿在光照下易发生相分离，中间层材料电流输出不足，以及层间工艺兼容性差等问题，这些因素制约了器件的进一步发展和规模化应用。

研究亮点与主要结论

该综述全面梳理了近年来钙钛矿-钙钛矿-硅三结太阳能电池的研究进展，并从材料设计、器件结构和应用潜力三个层面提出了深入分析与展望。

1. 顶层电池优化：超宽带隙钙钛矿是实现三结器件的关键，但其相分离问题严重。研究表明，通过离子掺杂（如Rb⁺、Cl⁻）或化学组分工程，可有效改善结晶性，抑制卤素离子迁移，从而提升开路电压和稳定性。
2. 中间层材料突破：理想的中间层带隙应在1.40–1.50 eV之间。Pb–Sn混合钙钛矿以及纯相FAPbI₃等材料表现出良好的潜力，部分研究已实现接近理论值的电流匹配，推动了整体效率的提升。
3. 硅底电池升级：作为光伏产业的主力，硅电池为叠层提供了坚实的基底。最新的TOPCon、硅异质结（SHJ）等技术与钙钛矿叠层结合，展现出更高的转换效率和良好的稳定性。
4. 互连层设计：合理的互连层不仅要高透明度、低电阻，还需避免对下层造成损伤。通过优化透明导电氧化物（ITO、IZO）或超薄金属层，能够实现更高效的电荷输运并减少寄生吸收。

模拟结果显示，钙钛矿-钙钛矿-硅三结电池的理论效率可达44.3%，比双结电池的理论极限（39.5%）高出约5个百分点。在实际气候条件下，该类三结器件的发电量比单结电池提升33–46%，比双结电池高约8%，展现出巨大的应用潜力。

应用前景与意义

钙钛矿基多结太阳能电池凭借其优异的光电性能和低成本优势，被视为最有希望与传统硅光伏结合的下一代高效器件。本研究不仅全面总结了当前研究中的关键科学问题，也明确指出了未来的发展方向：

• 降低开路电压损失：通过界面工程和能级匹配减少非辐射复合；
• 开发理想中间层材料：寻找稳定的窄带隙钙钛矿以提升电流输出；
• 提升器件稳定性：通过材料组分调控和封装技术增强长期运行寿命；
• 推进规模化制备：探索低成本、兼容性强的大面积沉积工艺。

该综述的发表，不仅为科研人员提供了系统性的研究框架和问题导向，也为产业界探索低成本、高效率的下一代光伏器件提供了技术路线图。未来，钙钛矿多结太阳能电池有望在大规模清洁能源生产中发挥核心作用，助力“双碳”目标的实现。

论文上线截图，DOI: 10.1038/s44359-025-00103-8

钙钛矿-硅多结太阳能电池的演变及工作原理

基于钙钛矿的多结太阳能电池的能量产出评估