研究背景
全钙钛矿叠层太阳能组件（TSMs）凭借高转换效率、低成本及可扩展性，被视为极具潜力的下一代光伏技术。
关键问题
目前，TSMs的应用主要存在以下问题：
1、传统金基TRJ导致光学损失与稳定性瓶颈
现有叠层组件依赖超薄金和PEDOT:PSS层构成的TRJ，这会引入显著的近红外寄生吸收，并因金属扩散和酸性腐蚀导致界面不稳定，限制了电流产生和运行寿命。
2、铅锡钙钛矿大面积制备中的电荷传输与均匀性挑战
在扩大面积过程中，铅锡钙钛矿薄膜容易出现非均匀结晶和残余晶格应变，且表面的能量失序和空位缺陷会阻碍电荷提取并加剧非辐射复合。
新思路
有鉴于此，南京大学谭海仁、王元元、肖科等人开发了一种基于表面工程氧化铟（In2O3）纳米晶的溶液法制备互连层，该层具有高光学透明度，其中受控的纳米晶形貌和定制的配体化学实现了平滑的界面接触和有利的能级排列。关键的是，作者在铅锡（Pb–Sn）钙钛矿前驱体中引入了膦酸添加剂，协同改善了与In2O3复合层的电子接触，从而增强了空穴提取。此外，该添加剂调节钙钛矿结晶以减轻膜形成过程中的残余应变，确保高质量的大面积沉积。这种协调的界面和结晶工程策略同时增强了互连层的载流子复合效率，改善了载流子提取，并促进了全钙钛矿叠层中大面积薄膜的均匀性。结果，一个65 cm2的全钙钛矿叠层太阳能组件实现了26.2%的认证功率转换效率，开路电压为2.182 V，填充因子为77.4%，短路电流密度为15.6 mA cm-2（平均子电池性能）。这标志着可扩展钙钛矿叠层光伏领域的重大进展。
技术方案：
1、通过纳米晶复合结消除了寄生吸收与不稳定性瓶颈
通过In2O3纳米晶取代传统金/PEDOT:PSS结构，消除了严重的寄生吸收和界面化学降解，实现了高透明度与热稳定性的双重突破。
2、利用界面与体相工程协同优化了能级排列与空穴提取
作者利用纳米晶配体工程与钙钛矿体相HSM添加剂的协同设计，消除了空穴传输势垒，将叠层电池的能级匹配推向最优状态。
3、通过溶剂动力学调控与应变释放确保了大面积膜质量
新型二元溶剂体系配合HSM添加剂抑制了结晶过程中的杂质产生与晶格应变，确保了铅锡钙钛矿薄膜在大面积高速制备下的高度均匀性。
4、展示了卓越的全钙钛矿组件性能
65 cm2叠层组件实现认证效率26.2%，且在长期运行、湿热及热循环等多种加速老化测试下表现出远超传统结构的稳定性能。
技术优势：
1、开发了表面工程化氧化铟纳米晶非金属TRJ
通过溶液法制备高透明、无金属的In2O3纳米晶复合层，消除了传统金基TRJ的寄生吸收和热稳定性问题，实现了优异的欧姆接触和大规模制备均匀性。
2、协同界面与结晶工程刷新了叠层组件效率纪录
研究利用膦酸添加剂优化能级匹配并缓解大面积薄膜结晶应变，在65 cm2组件上实现26.2%的认证效率及卓越的长期稳定性。
技术细节
In2O3纳米晶TRJ
全钙钛矿叠层组件通常采用超薄金（Au）和PEDOT:PSS构成的TRJ（Type I），但这面临金属扩散、界面酸性降解及700-1100 nm波段强烈的寄生吸收等固有局限。为解决这些问题，研究团队开发了基于自合成In2O3纳米晶的溶液法制备TRJ（Type III）。实验表明，In2O3纳米晶TRJ表现出理想的欧姆接触行为，且其纳米级粒径远小于商业化ITO纳米晶，能够与钙钛矿层形成更平滑的界面，从而降低接触缺陷密度。在光学管理方面，In2O3纳米晶TRJ显著消除了超薄金和PEDOT:PSS层导致的寄生吸收损失，显著提升了底部铅锡子电池的光利用率。稳定性测试显示，Type I结构组件在85°C下50小时内效率衰减即超50%，而In2O3纳米晶TRJ结构（Type III）在200小时后仍能保持初始性能的约75%，证实其消除了金属/酸性界面带来的热不稳定性。此外，刮涂制备的纳米晶层在10×10 cm2基底上展现出远优于蒸发金膜的光学均匀性。
图全钙钛矿型TSM中的隧道复合结
In2O3纳米晶的表面修饰
为了消除移除PEDOT:PSS后残留的界面传输势垒，必须对纳米晶TRJ进行表面工程，以实现与铅锡钙钛矿的精确能级匹配。研究采用了双级界面设计：一是通过配体工程调节In2O3纳米晶的功函数；二是在钙钛矿体相中引入膦酸类空穴选择性材料（HSM），而非仅限于界面层。通过UPS测量发现，引入MeO-2PACz添加剂的钙钛矿薄膜（Target）功函数增加至4.81 eV，价带顶（VBM）移至5.31 eV，降低了薄膜的n型特征。配体工程进一步优化了能级排列。使用MMPA配体修饰的In2O3纳米晶在与钙钛矿界面处诱导了50 meV的向上能带弯曲，极大地促进了空穴传输。相比之下，油胺（OAm）修饰的纳米晶则会产生下弯能带，形成电荷传输势垒。SCLC测量证实，空穴提取的增强主要源于能级对齐的优化而非迁移率的变化。基于此策略，无HTL的铅锡电池实现了23%的效率和33.6 mA/cm2的高电流。
图Pb-Sn PSC中增强的电荷输运
高速调制Pb-Sn钙钛矿
铅锡钙钛矿薄膜在扩大面积时面临溶剂蒸发速率与涂布速度平衡的挑战。研究开发了一种基于2-甲氧基乙醇（2-Me）和四氢呋喃（THF）的二元共溶剂体系，显著提升了核化动力学，支持高达30 mm/s的高速刮涂，同时在10×10 cm2面积上实现了远超传统DMF体系的荧光均匀性。此外，HSM添加剂能抑制杂质PbI2的生成以及甲眯阳离子（FA+）的去质子化。1H NMR分析显示，HSM与FA+之间存在微弱的动力学结合，能稳定前驱体溶液的化学环境。TAS和稳态/瞬态PL测试表明，HSM的引入显著抑制了缺陷引起的非辐射复合，使载流子寿命从1042 ns延长至1889 ns。OPTP光谱证实，目标薄膜的载流子迁移率从20提升至36 cm2/Vs，扩散长度从2.65 μm增加到4.78 μm。这些提升共同证明了HSM添加剂在改善铅锡钙钛矿体相质量方面的多重作用。
图Pb-Sn钙钛矿薄膜的特性
全钙钛矿TSM
在65 cm2的大面积叠层组件制备中，结晶过程的不对称性会导致微观形貌差异和残余压应变。SEM图像显示，目标薄膜在刮涂路径上展现出极高的一致性，而对比样品在路径起点处存在明显的晶粒挤压。XRD晶格应力分析证实，HSM在晶界处的分布有效缓解了快速结晶诱导的晶格应力。最终，基于In2O3-MMPA纳米晶TRJ和HSM改性的叠层组件在65 cm2面积下实现了26.6%的实验室效率，并获得JET认证效率26.2%，这是目前该领域的最高水平之一。该组件在光照运行771小时后仍保持90%的初始效率，且在85°C/85% RH的湿热测试（Damp Heat）中表现出1000小时的优异寿命（T84），远优于Type I结构组件（衰减超60%）。-40°C至85°C的热循环测试也证明其具有出色的热机械稳定性。
图大规模制备Pb-Sn钙钛矿薄膜和全钙钛矿TSM
展望
本研究通过开发一种基于表面工程氧化铟纳米晶的溶液法制备TRJ，成功解决了传统全钙钛矿叠层组件中的寄生吸收和稳定性难题。配合在铅锡钙钛矿中引入膦酸添加剂的协同界面与结晶工程，不仅消除了界面能量势垒，还显著缓解了大面积薄膜的残余应变。这项工作在65 cm2面积上实现了26.2%的认证效率，并在多种严苛稳定性测试中表现优异，为实现高效、稳定、可扩展的全钙钛矿叠层光伏技术指明了商业化路径。
