近来，南京大学谭海仁教授和王元元教授带着的科研团队，还有肖科等研究人员一块儿，在全钙钛矿叠层太阳能电池这个领域有了关键性的突破。相关成果用“Nanocrystal-tailoredrecombinationforall-perovskitetandemsolarmodules”这个题目发表在《Nature》杂志上，在学界引起了广泛关注。这个研究是围绕一个核心问题来的：怎么在提高效率的同时，做到大面积钙钛矿叠层电池稳定地制备。团队提出了一种“纳米晶复合层+磷酸基分子调控”的协同策略，给界面工程和器件性能优化提供了新的想法。
关键突破：传统金基结构被“纳米晶界面”所替代
在传统叠层器件里，金基隧穿复合结虽然有比较好的电荷传输能力，但是在成本、稳定性还有大面积制备这方面存在一些局限。这个研究用了很新颖的办法，就是用表面工程化的氧化铟纳米晶结构，来代替传统的金基隧穿复合结。这么设计，不光让界面电荷复合的情况变好了，还把载流子传输的路径给优化了，给器件效率提高提供了结构方面的基础。
与此同时研究团队把磷酸基空穴选择分子放到铅锡钙钛矿前驱液里，让它在结晶的时候能定向调控空穴传输，从分子层面改善载流子选择性。和单一材料优化不一样，这个研究着重说多尺度协同设计：一方面，电荷分离的效率靠界面能级匹配来优化；另一方面，通过空穴提取分子调控提升载流子收集能力；针对大面积制备时常见的结晶不均匀问题，而且，研究团队对晶体生长过程做了系统优化。让器件性能在好几个关键维度同时得到提升的，是这种“界面—分子—结晶”三位一体的调控策略。
图1：比较传统金基TRJ、ITO纳米晶TRJ和In₂O₃纳米晶TRJ三种结构，证明In₂O₃纳米晶具有更低寄生吸收、更好界面平整度、更高热稳定性和更适合大面积制备的均匀性。性能表现：组件效率超出26%，这个组件面积是65平方厘米%
依照所说的那个方案，团队成功研发出全钙钛矿叠层太阳能组件，孔径面积达到65平方厘米：
从这些指标来看，不光这个体系在小面积器件里表现挺好，还初步有了大规模制造的潜力。
图2：展示In₂O₃纳米晶表面配体工程与HSM体相掺入的协同优化机制。近些年，钙钛矿光伏因为效率高和成本低有潜力成了光伏领域研究的热门，不过它大面积的稳定性和一致性一直是产业化的难题。这次研究的意义，不光是效率数字变高了，还在于提出了一种能扩展的界面工程和分子调控策略，给全钙钛矿叠层电池从实验室到组件级应用提供了新的技术办法。从最近光伏产业发展的趋向结合来看，多结叠层技术正变成下一代高效率太阳能电池的重要方向。硅基叠层、全钙钛矿叠层还有钙钛矿-有机混合体系都在加速推进。就政策和产业方面来讲，高效率、低成本、能规模制造依旧是核心竞争的关键。
这次，南京大学团队的研究展现出钙钛矿叠层电池在界面工程和分子调控一块设计方面的潜力，而且，还进一步让这个领域从“效率竞争”朝“规模化制造竞争”的阶段转变。随着材料体系以及制备工艺不断走向成熟，全钙钛矿叠层光伏离实际应用或许会更靠近一步，不过它的长期稳定性和产业化一致性还需要后续接着去努力攻关。
