全钙钛矿叠层太阳能电池将宽带隙（WBG，~1.8 eV）混合溴化物/碘化物钙钛矿前电池与互补的窄带隙（NBG，~1.25 eV）混合铅锡（Pb-Sn）钙钛矿后电池垂直堆叠，在超越单结PSC的PCE同时保留了溶液加工技术的低成本优势方面展现出巨大前景。NBG子电池中，空穴传输层（HTL）/钙钛矿界面的非辐射复合损耗限制了全钙钛矿叠层太阳能电池的功率转换效率（PCE）。目前基于Pb-Sn混合窄带隙钙钛矿的最先进全钙钛矿叠层太阳能电池，其开路电压（Voc）和填充因子（FF）与Shockley-Queisser模型预测的理论极限仍存在较大差距。实践证明，最小化Pb-Sn基NBG钙钛矿太阳能电池埋界面处的电荷复合尤其具有挑战性，因为传统的长链胺基钝化策略通常会引起载流子传输损失，从而限制FF和短路电流密度（Jsc）。
二、【创新成果】
基于此，南京大学谭海仁教授、林仁兴助理教授联合中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院常超研究员、北京理工大学徐健教授在Nature上发表了题为“All-perovskite tandem solar cells with dipolar passivation”的论文，报道开发了一种基于磺胺酸（SA）偶极钝化策略，在减少Pb-Sn钙钛矿埋底界面缺陷密度的同时，实现HTL/钙钛矿界面的能级精准调控。这种偶极诱导的钝化增强了欧姆接触，促进了有效的空穴注入HTL，并将电子从HTL/Pb-Sn钙钛矿界面排斥出去。这种方法将载流子扩散长度扩展到6.2 μm，并显著提高了Pb-Sn钙钛矿太阳能电池的PCE达24.9%，开路电压（Voc）为0.911 V，Jsc为33.1 mA cm-2，FF高达82.6%。此外，在叠层器件中，该技术也有效减少了互连层引起的接触损失，实现了30.6%的PCE（认证稳定效率为30.1%）。
三、【图文解析】
图1 采用偶极钝化的混合铅锡窄带隙钙钛矿太阳能电池的器件结构与能带图 © 2025 Springer Nature
图2 Pb-Sn钙钛矿/空穴传输层界面处的电荷载流子动力学 © 2025 Springer Nature
图3 采用偶极钝化的混合Pb-Sn窄带隙钙钛矿太阳能电池的光伏性能 © 2025 Springer Nature
图4 采用偶极钝化的全钙钛矿叠层太阳能电池的光伏性能 © 2025 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究开发了一种偶极钝化策略，引入SA作为偶极钝化分子，用于 HTL/铅锡窄带隙钙钛矿界面的钝化。取向排列的偶极钝化分子中的氨基（-NH₃⁺）可降低铅锡混合钙钛矿掩埋表面的缺陷密度；同时，磺酸基（-SO₃⁻）可吸附于PEDOT:PSS表面，形成稳定的目标偶极取向，从而在HTL/铅锡钙钛矿界面建立欧姆接触。该策略可促进空穴高效注入HTL，同时阻止电子向HTL/铅锡钙钛矿界面迁移，进而进一步抑制非辐射复合并避免载流子传输损耗。偶极钝化策略实现了“最小化载流子复合”与“增强载流子传输”的平衡。最终，Pb-Sn混合PSCs实现了0.911 V的高Voc、33.1 mA・cm-2的Jsc和 82.6%的高FF，PCE达24.9%。此外，该策略同样适用于全钙钛矿叠层太阳能电池。通过减少互连层的接触损耗，本研究制备的全钙钛矿叠层太阳能电池在0.049 cm2和 1.05 cm2活性面积下，认证稳定PCE分别达到30.1%和29.6%，标志着钙钛矿叠层技术向产业化迈出关键一步。本研究开发的偶极钝化策略策略具有良好的普适性与稳定性，为未来高效、稳定、低成本的钙钛矿叠层光伏技术提供了新路径。
原文详情：All-perovskite tandem solar cells with dipolar passivation (Nature 2025, DOI: 10.1038/s41586-025-09773-7)
本文由大兵哥供稿。
