大面积全钙钛矿叠层光伏组件光电转换效率创新高

近日，南京大学谭海仁教授团队联合仁烁光能（苏州）有限公司团队成功研制出大面积全钙钛矿叠层光伏组件，经日本电气安全环境研究所（JET）认证，该组件的光电转换效率高达26.2%，刷新了该面积等级全钙钛矿叠层光伏组件的世界纪录。相关研究成果于15日以快速预览的形式在线发表于国际学术期刊《自然》。

论文通讯作者、南京大学现代工程与应用科学学院教授谭海仁介绍，全钙钛矿叠层太阳能电池的可利用的光谱更宽，且钙钛矿材料吸光系数高，仅需亚微米厚度即可实现高效光电转换，同时能够显著降低发射重量并简化太阳翼展开机构，这为空间轻量化光伏系统提供了理想方案。

65平方厘米全钙钛矿叠层光伏组件

然而，将大面积全钙钛矿叠层光伏组件应用于太空，仍面临一系列技术挑战，例如组件复合连接层光学损失大，剧烈温度冲击会加速金属扩散及有机层退化，窄带隙铅-锡钙钛矿薄膜在大面积制备中的成膜均匀性与电荷输运受限……这些问题严重制约了组件的效率提升和在空间辐照、真空、冷热交变等极端环境下的长期运行可靠性，也限制了该技术从地面向空间装备的转化进程。

针对这些问题，团队此次制备出一种65平方厘米的无空穴传输层的隧穿复合结结构的光伏组件，该结构采用纳米晶功能层替代传统超薄金属复合层，并去除聚3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）空穴传输层，实现了界面连接层的结构重构。

“该设计显著降低了光学损耗，提升了透光性能，同时改善了大面积制备中的均匀性与一致性。”论文第一作者兼通讯作者、南京大学先进制造学院助理教授肖科介绍，由于有效避免了金属扩散与有机层退化问题，器件稳定性也得到明显提升，从而为全钙钛矿叠层组件提供了更加可靠的界面结构。

同时，基于刮涂工艺，研究团队针对铅-锡窄带隙钙钛矿开发了一种由2-甲氧基乙醇和四氢呋喃组成的二元共溶剂体系。两者协同作用，实现了大尺寸钙钛矿薄膜的均匀可控制备，为叠层组件的规模化制造奠定了工艺基础。