通讯作者：新加坡国立大学侯毅&中科院深圳先进技术研究院王在伟
商业化单结光伏器件正接近其功率转换效率（PCE）的理论极限（约29%）。通过叠加具有互补带隙的多层材料，多结光伏太阳能电池可实现比单吸光层器件更高的效率。
本综述研究了钙钛矿-钙钛矿-硅三结太阳能电池（TJSCs）的性能，其报道效率已达27.62%，理论最高效率为44.3%。金属卤化物钙钛矿材料具有化学可调带隙特性，可通过大面积制备技术沉积在硅光伏器件表面。然而，针对多结应用设计的带隙工程钙钛矿材料在成膜过程中易面临结晶质量差的挑战，并在暴露环境下发生限制PCE的相分离现象。通过添加锡和/或掺杂多种离子或配体来调整组分，可提升单层性能与整体器件稳定性。钙钛矿基TJSCs在实际辐照条件下的年最大发电量（895 kWh m⁻²）凸显了多结电池广阔的应用潜力。通过降低开路电压损耗、优化中间层带隙匹配，并聚焦制备工艺的可重复性与可扩展性，钙钛矿基TJSCs有望突破概念验证阶段。
核心要点
钙钛矿太阳能电池材料具备溶液可加工性、带隙可调和高光转换效率特性，可沉积于单结器件之上构建多结光伏系统。
针对适用于多层器件顶层的超宽带隙（UWBG）钙钛矿研究，重点聚焦于提升材料结晶度与稳定性以满足应用需求。
中间层钙钛矿研究着重解决化学与热稳定性问题，特别是在形成顶层UWBG层所需的工艺条件下。
底层电池主要采用硅基材料，但铜铟镓硒（CIGS）电池、有机光伏甚至其他钙钛矿材料均见于研究器件中，且存在多种接触构型可选。
互连层需在优化不同光吸收材料间电荷传输的同时最小化寄生吸收，其制造工艺需足够温和以避免损伤任何预制层。
多结太阳能电池实际效率随结数变化关系（a）；钙钛矿-硅多结太阳能电池（含单结与双结构型）的年度报道功率转换效率（PCE）（b）；钙钛矿-钙钛矿-硅三结太阳能电池（TJSC）结构示意图（c），包含宽带隙钙钛矿子电池（顶）、钙钛矿子电池（中）及硅子电池（底）。注：ASU（亚利桑那州立大学）、EPFL（洛桑联邦理工学院）、ITO（氧化铟锡）、IZO（氧化铟锌）、NIR（近红外）、NUS（新加坡国立大学）、USTC（中国科学技术大学）；a部分数据源自参考文献。
图 2：与宽带隙钙钛矿相关的一些问题。
钙钛矿合金晶格在光/电偏压等驱动力作用下从相均匀态向相分离态转变（a）；钙钛矿太阳能电池（PSCs）开路电压（VOC）损失随钙钛矿带隙（1.85–2.15 eV）的变化关系（b）；钙钛矿子电池的工艺要求（c），其中ICL表示互连层。b部分数据源自参考文献。
图 3：理想带隙中间电池。
FAPbI₃相变示意图（a）：裸露基底上的α-FAPbI₃在暴露于环境空气时会转变为δ-FAPbI₃；基于900 nm厚度薄膜、1200 nm厚度薄膜及共振纳米结构的太阳能电池J-V曲线（b）；钙钛矿带隙随锡掺杂浓度的变化关系（c）；钙钛矿单结太阳能电池效率随锡掺杂浓度的变化（d）；Pb-Sn混合钙钛矿中Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺的过程（e）；Pb-Sn混合钙钛矿的稳定化策略（f）。图中FF（填充因子）、JSC（短路电流密度）、PCE（功率转换效率）、VOC（开路电压）。
图 4：硅基底部太阳能电池。
四种经典硅太阳能电池类型为：钝化发射极和背面接触（PERC）、硅异质结（SHJ）、隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）和叉指背接触（IBC）（a）；展示金刚线锯切痕与化学机械抛光表面的硅底电池实物图（b），其形貌通过共聚焦激光扫描显微镜采集且采用相同z轴标尺；两种不同金字塔尺寸的硅底电池及沉积于其上的钙钛矿截面SEM图像（c），图中ITO为氧化铟锡。
图 5：基于钙钛矿的多结太阳能电池的能量产出评估。
硅单结、钙钛矿单结、钙钛矿-硅双结及钙钛矿-钙钛矿-硅三结太阳能电池（TJSCs）的年发电量对比（a）；三结叠层技术相比单结与双结技术的额外发电量（b），其增幅计算公式为：（TJSC发电量-其他技术发电量）/其他技术发电量×100%；钙钛矿-钙钛矿-硅TJSC的器件结构、截面SEM图像及认证功率转换效率（PCE）（c）；全钙钛矿TJSC的器件结构与对应截面SEM显微图像（左图）及其正反向扫描J-V曲线（右图）（d）；钙钛矿-钙钛矿-有机TJSC的器件结构及实际电池截面SEM图像（左图），最佳性能器件及其各子电池的性能参数（右图）（e）。图中缩写：BHJ（体异质结）、FF（填充因子）、HJT（异质结技术）、ITO（氧化铟锡）、JSC（短路电流密度）、SAM（自组装单层）、TCO（透明导电氧化物）、UWBG（超宽带隙）、VOC（开路电压）。
