在全球能源转型加速推进的背景下，光伏技术正不断向更高效率、更低成本、更优稳定性发起冲击。当单结光伏电池效率逐渐逼近理论极限，钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池（TSCs）凭借突破性的34.85% 的认证效率和高达 45.1% 的理论潜力，成为新一代光伏技术的研究焦点，为突破效率瓶颈带来新希望。然而，其产业化之路并非坦途，面临着实际效率与理论极限存在差距、长期运行稳定性不足、大面积制造工艺尚未成熟三大核心挑战。

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钙钛矿是什么？

钙钛矿不是一种矿物质，而是具有特定晶体结构材料的总称，因最早发现于钙钛矿石中的钛酸钙化合物而得名。钙钛矿对可见光有非常高的吸收和转化效率，能够高效地将光能转化为电能。目前，钙钛矿电池主要有单结和叠层两种技术路线。

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8月14日，深圳理工大学材料科学与能源工程学院副教授白杨团队联合香港理工大学、美国北卡罗来纳大学教堂山分校等高校科研团队，在国际顶级期刊Nature Photonics发表综述论文，系统梳理并深入分析了钙钛矿/晶硅叠层电池在效率提升、稳定性增强与规模化制造三大关键维度的技术瓶颈及解决策略，为推动这一前沿技术构建商业化闭环提供了系统性的技术路线图。

a.钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池结构示意图；b.叠层电池的中间连接层示意图；c.钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池能带图；d.钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池效率演变图。

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聚焦效率突破：破解光学与电学损耗难题

当前，钙钛矿/晶硅叠层电池的实验室认证效率已突破35%，但距离其理论极限仍有不小的提升空间。研究表明：光学损耗（光捕获不足）与电学损耗（非辐射复合）是主要制约因素。

（1）在光学管理优化方面，科研团队提出多项创新策略：开发高效减反射涂层，减少阳光反射损失；实施织构化界面工程，通过特殊纹理设计增强光陷阱效应，让阳光在电池内部被反复吸收；优化透明导电电极（TCE）及互连层设计，在保证高透光率的同时降低电阻，实现透光与导电性能的平衡。

（2）电学性能提升上，抑制非辐射复合是核心任务，尤其要解决宽禁带钙钛矿材料的体缺陷与界面非辐射复合问题。团队通过精确调控结晶动力学、应用多功能分子添加剂等方式，有效改善载流子输运特性，减少电力 “跑冒滴漏”。同时，采用自组装单分子层（SAM）等新型传输材料，实现更优的能级对齐，进一步降低界面电压损失。

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攻克规模化制造：探索工艺兼容与成本平衡之路

将实验室成果转化为产业现实，规模化制造是绕不开的关键环节。钙钛矿/晶硅叠层电池产业化的核心难点，在于如何在织构化硅衬底上实现大面积、高质量钙钛矿薄膜的均匀保形覆盖，以及如何与现有硅电池生产线高效集成。

目前，规模化制造主要有三种技术路径：

• 溶液法：成本较低，但面临大面积膜层均匀性控制难题，且部分溶剂存在环境与毒性问题；

• 真空沉积法：能制备高质量薄膜，却成本高昂，且难以兼容添加剂工程；

• 混合沉积技术：融合了真空镀膜的高质量优势与溶液处理的灵活性、成本优势，展现出良好的工艺兼容性与经济性潜力，成为规模化制造的重要探索方向。

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强化长期稳定性：筑牢商业化 “生命线”

长期运行稳定性是钙钛矿/晶硅叠层电池商业化进程中的最大瓶颈。宽禁带钙钛矿在湿热或光照应力下易发生卤化物相分离，导致器件性能加速衰减。对此，团队从材料本征特性提升、封装保护强化和评价体系建立三方面入手，系统性提升稳定性。

在本征稳定性提升上，通过晶格应力调控与氧化还原工程策略，有效抑制离子迁移速率，从源头增强材料稳定性。

封装保护方面，开发兼具高水氧阻隔性能与优异机械应力调控能力的封装材料，并精确控制层间热膨胀系数（CTE）匹配，防止热循环导致的封装失效。

同时，团队呼吁建立标准化户外实证平台，系统研究温度循环、动态光谱等真实环境因素对器件退化机制的影响，为寿命评估与预测提供科学依据。

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展望未来：多维度创新推动产业化落地

论文指出，未来钙钛矿/晶硅叠层电池的技术突破将聚焦三大方向：

• 开发新型钙钛矿材料：开发具有高相稳定性和抗离子迁移特性的新型钙钛矿材料体系；

• 创新器件结构：如设计双面发电（bifacial）架构，最大化能量捕获效率；

• 构建寿命预测模型：整合加速老化测试与长期户外实证数据，构建可靠的寿命预测模型。

最终目标是实现高效率、低成本、高可靠性的协同发展，构建完整的技术创新体系。

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引领系统性综述，绘制产业化蓝图

深圳理工大学副教授白杨团队在新能源材料与器件领域持续深耕多年。此次发表的系统性综述，不仅深入剖析了钙钛矿/晶硅叠层电池产业化的关键技术路径与挑战，更彰显了我国科研团队在该领域的国际学术影响力，为全球光伏产业加速该技术商业化进程提供了重要的理论指导和解决方案参考。

深圳理工大学白杨副教授、香港理工大学杨光&李刚教授和北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授为该论文的共同通讯作者；香港理工大学杨光教授、深圳理工大学邓春炎博士和东南大学李崇文教授为论文的共同第一作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01732-y（点击“阅读原文”查看）

来源：材料科学与能源工程学院

文字：邓春炎

责编：王璐

审校：孟倩羽、韦冠宇、王之康

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