三结太阳能电池实现 26.18% 认证效率

1.93 eV 超宽带隙钙钛矿 | 3.148 V 开路电压 | 1500 小时后保持 96% 性能

论文发表于 Nature Communications，2026年7月10日在线发表。

南京大学谭海仁团队通过体相添加与表面处理协同稳定1.93 eV超宽带隙钙钛矿，构建认证效率26.18%的钙钛矿/钙钛矿/硅三结太阳能电池；封装器件连续运行1500小时后仍保持初始性能的96%。

导读

太阳能电池正不断向更高转换效率迈进。相比传统单结电池，叠层太阳能电池能够利用不同带隙的吸光材料分工吸收太阳光谱，从而减少能量损失。其中，钙钛矿/钙钛矿/硅三结太阳能电池具有较高的理论效率潜力，被认为是下一代高效率光伏技术的重要发展方向。

然而，位于三结器件顶部的超宽带隙钙钛矿容易在光照和电场作用下发生离子迁移与相分离，造成电压损失、性能衰减和运行稳定性下降。如何同时提升效率与稳定性，成为制约三结钙钛矿光伏进一步发展的关键问题。

近日，南京大学谭海仁团队联合仁烁光能、瑞典乌普萨拉大学及浙江省激光智能装备技术创新中心等单位，在国际期刊《Nature Communications》发表题为“Stabilizing 1.93-eV ultrawide-bandgap perovskites for efficient triple-junction solar cells”的研究成果。

研究团队通过体相添加与表面处理相结合的方式，稳定1.93 eV超宽带隙钙钛矿，最终构建出认证效率达到26.18%的钙钛矿/钙钛矿/硅三结太阳能电池。封装器件在环境条件下连续运行1500小时后，仍能保持初始性能的96%。

三结太阳能电池为何受到关注？

传统单结硅太阳能电池只能依靠一种吸光材料完成光电转换。当入射光子的能量低于硅材料带隙时，光子难以被有效吸收；当光子能量明显高于材料带隙时，多余能量又会以热的形式损失。

叠层太阳能电池则采用多种不同带隙的光伏材料，让各子电池分别吸收太阳光谱中的不同波段。在钙钛矿/钙钛矿/硅三结结构中，顶部超宽带隙钙钛矿主要利用高能光子，中间钙钛矿子电池吸收中间波段，底部硅电池继续利用能够穿透上层的低能光子。三层器件协同工作，有望突破单结太阳能电池的效率限制。

图4：钙钛矿/钙钛矿/硅三结器件结构、截面、器件照片、认证效率与稳定性结果。图片来源：论文原文。

但三结结构也对材料提出了更高要求。特别是顶部超宽带隙钙钛矿通常需要较高的溴含量，而混合卤素钙钛矿容易在持续光照下发生卤素离子迁移和组分重新分布，形成不同带隙区域，也就是常说的光致相分离。相分离会增加非辐射复合，降低器件输出电压，并进一步影响叠层器件的效率和长期稳定性。

体相与表面协同调控

针对超宽带隙钙钛矿的相稳定性问题，研究团队在1.93 eV钙钛矿吸收层中引入1,4-苯二胺二氢碘酸盐（PEDAI）。该添加剂能够与钙钛矿晶格形成较强相互作用，提高离子迁移所需克服的能垒，从而抑制光照条件下的离子重新分布和相分离。

图1：对照薄膜与PEDAI处理薄膜在持续光照下的光谱、形貌和结构演化。图片来源：论文原文。

论文数据显示，对照薄膜在光照下出现明显光谱漂移和富碘相，而PEDAI处理薄膜在相同条件下保持稳定。连续一个太阳光照48小时后，对照薄膜出现针孔和组分不均，PEDAI处理薄膜则更好地保持原有形貌。离子迁移活化能由约0.62 eV提高至约0.80 eV，为相稳定性的提升提供了机理依据。

仅稳定材料体相还不够。钙钛矿薄膜表面和晶界往往存在未配位离子及其他缺陷，这些缺陷可能成为载流子非辐射复合中心，并为离子迁移提供通道。团队进一步采用3-(甲硫基)丙胺氢碘酸盐（3MTPAI）进行表面后处理，通过体相添加与界面修饰协同改善相稳定性、缺陷状态和能级匹配。

图2：PEDAI及界面处理对晶格、发光均匀性、载流子寿命与能级排列的影响。图片来源：论文原文。

认证效率达到26.18%

基于上述材料调控策略，研究团队首先获得了效率16.09%的1.93 eV单结钙钛矿太阳能电池，随后构建单片集成的钙钛矿/钙钛矿/硅三结太阳能电池。器件在1.17 cm²有效面积上获得26.18%的认证光电转换效率，开路电压达到3.148 V。

图3：1.93 eV单结钙钛矿器件的光伏参数、J-V曲线、EQE与复合损失分析。图片来源：论文原文。

“认证效率”意味着器件性能经过独立机构测试确认，相比单纯报告实验室内部测量结果，具有更强的可比性和可信度。与此同时，3.148 V的开路电压表明三个子电池能够在串联结构中协同输出较高电压。

关键性能数据（依据论文原文整理）

1500小时连续运行后保持96%性能

对于钙钛矿太阳能电池而言，效率并不是评价技术成熟度的唯一指标。材料在持续光照、温度变化及环境因素作用下能否保持稳定，同样决定其实际应用前景。

研究人员对封装后的三结器件进行了连续最大功率点跟踪测试。在环境条件和模拟一个太阳光强照射下连续运行1500小时后，器件仍保持初始性能的96%。这一结果说明，抑制超宽带隙钙钛矿中的离子迁移和相分离，不仅有助于提高初始光伏性能，也能减缓器件在持续工作状态下的性能衰减。

需要注意的是，1500小时稳定性测试并不等同于组件在户外运行数十年的使用寿命。实验室器件还需要经过面积放大、封装优化、温湿度循环、机械载荷及长期户外测试，才能进一步评估其产业化可靠性。

从材料创新走向叠层光伏应用

这项研究的意义不仅在于取得新的器件指标，更在于展示了一条针对超宽带隙钙钛矿的材料稳定化路径。研究将问题指向三结器件中的关键薄弱环节——顶部超宽带隙钙钛矿，通过提高离子迁移势垒并改善表面状态，在材料层面抑制相分离，为提升三结器件效率和运行稳定性奠定基础。

体相与界面协同调控同样具有方法学意义。高效率光伏器件往往不是依靠单一材料参数提升，而是需要同时处理晶格稳定、缺陷钝化、能带匹配、载流子传输和器件界面等多层次问题。

此外，该工作由高校、光伏企业和多个科研机构共同完成。论文致谢中提到，研究使用的硅电池由天合光能提供；通讯作者谭海仁同时参与钙钛矿光伏产业化工作。这种从材料研究、器件设计到产业资源协同的模式，有利于推动叠层光伏技术从实验室走向更大面积器件和实际制造。

马蹄莲学术观察

论文信息

论文题目：Stabilizing 1.93-eV ultrawide-bandgap perovskites for efficient triple-junction solar cells

期刊：Nature Communications

发表时间：2026年7月10日

通讯作者：Wenchi Kong、Hairen Tan

主要单位：南京大学、仁烁光能（苏州）有限公司、乌普萨拉大学、浙江省激光智能装备技术创新中心

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75305-0

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