让粗糙表面“化敌为友”，让缺陷界面“畅通无阻”——我国科学家实现钙钛矿/CIGS叠层电池效率31.09%，认证30.57%，并创下长期稳定性新标杆。
在光伏领域，单结电池的Shockley-Queisser极限始终是一道“天花板”。叠层电池——将不同带隙的材料堆叠起来，更高效地利用太阳光谱——被公认为突破这一极限的终极路径。其中，钙钛矿/Cu(In,Ga)Se₂（CIGS）叠层组合尤其诱人：CIGS底电池带隙可调至~1.0 eV，具备优异的辐射硬度和稳定性，且兼容柔性基底；钙钛矿顶电池则拥有可调带隙和卓越的光电性能。
然而，理想丰满，现实骨感。粗糙的CIGS表面容易导致钙钛矿薄膜覆盖不均、产生漏电；上下两个界面的能级失配、缺陷复合、载流子提取效率低下，长期制约着器件效率和稳定性的同步提升。过去几年，该领域效率徘徊在22%~27%，始终未能突破30%大关。
Performance of monolithic perovskite/CIGS tandem devices. a, Structure diagram of monolithic perovskite/CIGS TSCs with the DICTE strategy. Scale bar, 1 μm. b, Statistical distributions of photovoltaic parameters for the SU, SS and SSD TSCs. Each data point corresponds to an independent measurement, with sample sizes of n = 12, 15 and 16, respectively. The box boundaries, minimum, maximum, IQR, median and mean of the box plots are defined in the legend.
（注：此项研究所用CsI, PbBr2, FAI, PbI2, BCP, EDADI, p-f-PEAI均来自浴日光能）
如今，武汉大学、武汉工程大学、福建师范大学等单位的联合团队，在Nature Energy上报道了一项里程碑式成果：他们提出“双界面载流子传输工程”（DICTE）策略，同时优化了钙钛矿/CIGS的底部界面（空穴侧）和顶部界面（电子侧），成功制备出小面积（0.0539 cm²）冠军效率31.09%（认证30.57%）、大面积（1.0298 cm²）效率29.44%（认证28.85%）的叠层电池，并展现出卓越的长期稳定性——存储3576小时保持94%效率，最大功率点跟踪756小时保持91%，70°C热老化960小时保持90%以上。这一成绩，将2T钙钛矿/CIGS叠层电池的效率推上了全新台阶。
底部界面：纳米颗粒“填坑”，双层NiOₓ实现保形覆盖与高效空穴提取
CIGS底电池表面天然具有微米级的粗糙纹理，直接在其上沉积钙钛矿，如同在石子上铺薄膜——极易出现针孔、漏电和覆盖不全。传统方法采用化学机械抛光，但会增加工艺复杂度并损伤底电池。
该团队另辟蹊径，设计了一种双层NiOₓ空穴传输层（SS-NiOₓ）：首先通过溅射沉积一层NiOₓ，再旋涂一层NiOₓ纳米颗粒（NPs），最后经空气退火结晶。对比实验表明，仅用溅射NiOₓ（SU-NiOₓ）时，尖锐的AZO凸起暴露在外，钙钛矿覆盖极差；仅用纳米颗粒（SI-NiOₓ）虽有所改善，但仍存在微米级孔洞；而双层结构完美填充了凹坑，实现了保形覆盖，表面粗糙度从84.1 nm降至76.0 nm，钙钛矿薄膜更致密、晶粒更均匀。
更关键的是，SS-NiOₓ带来了表面化学的质变。XPS显示，其表面羟基（-OH）含量从34.4%降至21.7%，而Ni³⁺-O比例提升至21.0%，并形成了NiOOH，这增强了导电性，并为后续自组装单分子层（SAM，即Me-4PACz）提供了丰富锚定位点。SAM覆盖更均匀、浸润性更好，使得钙钛矿前驱液接触角从32.8°降至23.1°，结晶质量显著提升——XRD中（100）/（110）峰强比提高4~5倍，（100）/PbI₂比从4.25跃升至27.53，说明非辐射复合中心——PbI₂残留大幅减少。
电学表征进一步证实：SS-NiOₓ的功函数提高，与SAM的价带偏移从0.24 eV缩小至0.18 eV，空穴传输势垒显著降低；霍尔测试显示载流子浓度上升、薄层电阻下降；空间电荷限制电流和阻抗谱均表明缺陷更少、复合电阻更高。荧光（PL）和瞬态荧光（TRPL）显示，钙钛矿/SS-NiOₓ界面的PL猝灭更剧烈，平均寿命从305.2 ns骤降至97.6 ns，并伴有蓝移——意味着空穴被高效提取，非辐射复合被强烈抑制。
顶部界面：双分子协同钝化，让C₆₀电子传输层“畅通无阻”
宽禁带钙钛矿（~1.65 eV）顶电池中，富Br组分天然带来大量体相和界面缺陷，尤其在钙钛矿/C₆₀界面处，能级失配和非辐射复合严重，制约开路电压（Vₒc）和填充因子（FF）。
团队开发了“双分子协同钝化”（BMCP）策略：将乙二胺二碘化物（EDADI）和对氟苯乙基碘化铵（p-F-PEAI）按比例混合于IPA:EA混合溶剂中，一步旋涂在已结晶的钙钛矿薄膜上。相比单独使用或顺序处理，BMCP处理展现出最佳性能提升。
DFT计算揭示了协同机制：I⁻可钝化碘空位（Vᵢ），而EDA²⁺和p-F-PEA⁺的NH₃⁺基团可与阳离子间隙区作用，同时填补Pb²⁺和FA⁺空位，修复[PbI₆]⁴⁻骨架。计算表明，BMCP在FAPbI₃(100)表面的吸附能高达-3.16 eV，形成超分子稳定化，同时钝化阴离子和阳离子缺陷。
实验上，BMCP处理后薄膜晶粒显著增大、针孔消失，粗糙度从27.6 nm降至15.2 nm；（100）/PbI₂峰强比从2.23提升至3.30，半高宽收窄；PL强度增强，暗态反向饱和电流降低。
能带调控是关键亮点：KPFM显示BMCP处理使表面电位从-512 mV升至-231 mV，功函数从5.01 eV降至4.79 eV，费米能级上移，削弱了表面p型特性。与C₆₀的导带偏移从0.57 eV大幅降至0.34 eV，电子提取势垒显著减小。导电AFM显示光电流从6.6 pA升至16.4 pA，复合电阻从7,900 Ω跃升至21,059 Ω，理想因子从1.47降至1.24，FF损失中电荷转移损失从7.1%降至5.3%。
超快光谱（TA）进一步佐证：BMCP处理后的带隙重整化能量从78.89 meV降至66.49 meV，表明缺陷和背景载流子浓度降低；光漂白信号平均寿命从5.1 ns缩短至2.3 ns，载流子提取更快。瞬态光电压（TPV）和瞬态光电流（TPC）分别显示载流子寿命从1.99 μs提升至4.55 μs，提取时间从0.55 μs降至0.27 μs——非辐射复合被显著抑制，电子提取得到加速。
叠层器件：31.09%效率，认证30.57%，稳定性创纪录
将SS-NiOₓ底部界面与BMCP顶部界面集成于一体，团队制备了完整的单块（2T）钙钛矿/CIGS叠层电池。优化后的器件（SSD）在实验室测得小面积冠军效率31.09%（Vₒc=1.765 V, FF=83.11%, Jₛc=21.19 mA/cm²），经国家测试与计量技术研究院（NIMTT）认证，效率为30.57%（Vₒc=1.751 V, Jₛc=21.24 mA/cm², FF=82.22%），稳态输出达30.32%。大面积（1.0298 cm²）器件认证效率达28.85%。
EQE光谱显示顶电池和底电池电流匹配良好，积分电流与Jₛc一致。与近两年该领域报道的成果相比，30.57%的认证效率处于绝对领先地位，超越了此前27%~29%的水平。
更令人振奋的是稳定性：
储存稳定性：未封装器件在N₂手套箱中（25°C，环境光）储存3576小时（约149天），平均效率保持初始的94.38%，其中Vₒc和Jₛc维持99%以上，FF维持95%。
热稳定性：70°C加热960小时后，DICTE器件仍保持90.55%初始效率，而对照组仅剩72.62%。
运行稳定性：连续1个太阳光照下最大功率点跟踪756小时，DICTE器件维持91.49%初始效率，对照组仅剩28.86%。
这种稳定性提升归因于缺陷减少和疏水性增强——BMCP处理使水接触角从67.6°增至74.2°，抑制了湿气侵入和离子分解。
总结与展望
这项工作展示了 “双界面工程” 在克服钙钛矿/CIGS叠层电池关键瓶颈上的巨大威力：底部用纳米颗粒辅助NiOₓ+SAM实现保形覆盖、能级匹配和高质量结晶；顶部用双分子协同钝化消除缺陷、优化能带、加速电子提取。两者协同，不仅将效率推至31%的新高度，更在无封装条件下实现了数千小时的稳定性，向实用化迈出了坚实一步。
该策略不仅适用于CIGS体系，也为其他粗糙基底上的叠层或柔性器件提供了通用思路。随着大面积制备工艺的进一步优化和封装技术的引入，钙钛矿/CIGS叠层电池有望在空间、柔性、建筑光伏等领域率先落地。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202608/06/50027156.html
