近期，仁烁光能和南京大学研发团队在全钙钛矿叠层电池领域取得最新进展，经日本电气安全和环境技术实验室（JET）国际权威认证的转换效率高达30.1%，这是多晶薄膜太阳能电池首次实现超过30%的效率，该结果被收录到《Solar cell efficiency tables》（Version 66）。2025年10月27日，相关研究成果发表于《Nature》主刊。
在下一代光伏技术的不懈探索中，全钙钛矿叠层太阳能电池已成为领跑者。这类电池通过结合宽带隙与窄带隙钙钛矿材料，有望实现前所未有的功率转换效率（PCE）。然而，这种叠层结构的全部潜力受限于根本性的材料与界面挑战，尤其是在空穴传输层（HTL）与窄带隙（NBG）钙钛矿子电池之间的掩埋界面处。该界面是关键瓶颈，因非辐射复合损耗显著限制器件性能。
在一项重要突破中，研究人员提出了一种新型偶极钝化策略。该策略不仅能抑制界面陷阱态，还可精准调控空穴传输层 / 钙钛矿结处的能级对齐。这种双重功能方法通过同时增强电荷提取与减少不必要的复合，从根本上改变了界面特性。此举为提升铅锡（Pb-Sn）基窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性开辟了新途径，而这类电池是高效全钙钛矿叠层器件的核心组成部分。
长期以来，铅锡混合钙钛矿中空穴传输层 / 钙钛矿界面的非辐射复合损耗最小化难题尤为突出。传统钝化方法主要依赖长链胺分子，这类分子会形成绝缘层，阻碍电荷传输。尽管这些方法能减少陷阱态，但却会无意中损害填充因子（FF）与短路电流密度（Jsc），从根本上限制电池的输出功率与效率。有效钝化与高效电荷提取之间的微妙平衡一直难以实现 —— 直到如今。
这种新型偶极钝化方法利用分子偶极调控界面处的静电环境。研究人员通过沉积一层超薄偶极层，诱导形成有利的能级对齐，使钙钛矿与空穴传输层之间形成欧姆接触。这种结构大幅提升了空穴注入效率，同时排斥电子，从而抑制界面处的复合。这种对界面能级的精准调控，是一种精妙且实用的策略，成功突破了长期存在的材料局限。
该钝化策略带来的显著成果之一，是铅锡钙钛矿层内载流子扩散长度大幅延长，达到了可观的 6.2 微米。这一提升至关重要，因为更长的扩散长度能让光生载流子在钙钛矿吸收层中传输时避免过早复合，从而最大限度提升电流提取效率与器件性能。通过确保更多电荷载流子参与电能输出，该策略从多个维度有效提升了器件性能指标。
在性能方面，偶极钝化方法的影响十分显著。经该策略处理的铅锡钙钛矿单结器件，功率转换效率达到 24.9%，开路电压（Voc）为 0.911V—— 考虑到铅锡钙钛矿固有的制备难度，这是一项显著提升。此外，这些器件还展现出 33.1mA/cm² 的高短路电流密度与 82.6% 的优异填充因子，这些参数充分证明了钝化界面带来的卓越电荷收集动力学特性。
除单结器件外，偶极钝化技术对全钙钛矿叠层太阳能电池也具有深远意义。研究人员证实，该钝化方法能有效抑制由连接宽带隙与窄带隙子电池的互连层引发的接触损耗。这些界面改性使叠层器件在标准测试条件下展现出卓越的功率转换效率，达到 30.6%，经认证的稳定效率为 30.1%。
这一效率里程碑使全钙钛矿叠层太阳能电池成为下一代光伏技术的极具竞争力的候选者，在性能与材料可持续性方面均超越了众多现有技术。该研究成果不仅为界面复合问题提供了解决方案，还展示了掩埋界面处的分子工程如何在不影响稳定性与可制造性的前提下，大幅提升器件性能。
这项研究具有跨学科属性 —— 融合了分子化学、材料科学与器件工程，凸显了界面科学在可再生能源创新中的重要性。它为钙钛矿太阳能电池研究开启了新篇章：在此领域，精准的界面调控与吸收层材料的体相光电特性同等重要。这些进展可能会加速全钙钛矿叠层光伏技术的商业化进程，有望降低成本并推动其在全球范围内的应用。
此外，考虑到偶极钝化工艺的可扩展性，将其整合到现有钙钛矿器件制备流程中具有可行性。这种适应性对于将实验室规模的突破转化为工业规模生产至关重要，从而推动高效叠层组件在实际太阳能装置中的部署。
所报道的成果源于细致的实验研究，结合精密的表征技术，揭示并优化了掩埋界面处的分子偶极效应。这些努力凸显了深入理解界面现象的重要性，并表明未来的性能提升很可能继续来自智能的化学与物理钝化方案。
当前光伏领域正朝着叠层太阳能电池 35% 的效率目标迈进，此项偶极钝化研究的见解提供了清晰的实现路径。通过解决窄带隙子电池中最棘手的损耗问题之一，该方法为钙钛矿叠层器件实现此前被认为难以企及的效率铺平了道路，预示着高效、可规模化的太阳能利用新时代的到来。
总而言之，此次提出的创新偶极钝化方法为解决铅锡钙钛矿太阳能电池中与界面相关的复合损耗提供了变革性策略。它对电荷载流子动力学、能级对齐及整体器件性能产生的深远影响，标志着钙钛矿光伏领域的重大突破。这一成果不仅深化了对掩埋界面物理机制的基础认知，也让高效全钙钛矿叠层光伏技术的愿景更接近现实。
文章参考文献：
Lin, R., Gao, H., Lou, J. 等。采用偶极钝化的全钙钛矿叠层太阳能电池. 《自然》(2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09773-7
