钙钛矿太阳能电池研究获重大进展：互连层创新提升效率至27.8%

钙钛矿太阳能电池研究获重大进展：互连层创新提升效率至27.8%

钙钛矿串联太阳能电池（Tandem Perovskite Solar Cells, TPSC）是近年来光伏领域最具前景的技术之一。中科院王开和刘生忠等人在《ACS Energy Letters》发表的综述文章，详细探讨了TPSC中互连层（Interconnecting Layer, ICL）的最新进展，为这一前沿技术的未来发展提供了重要参考。

钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cell, PSC）以其独特的晶体结构和优异的光电性能，成为光伏领域的研究热点。钙钛矿材料具有宽光谱吸收能力、长载流子扩散长度以及可调谐的能带结构，使其在光电转换效率方面表现出色。当阳光照射到钙钛矿材料表面时，光子被吸收并激发材料内部的电子，形成电子-空穴对。随后，这些电子和空穴在材料内部电场的作用下分离，电子流向负极，空穴流向正极，从而产生电流，实现了光能向电能的直接转换。

单片串联太阳能电池（Tandem Solar Cells, TSC）是超越单结光伏发电肖克利-奎瑟极限的最实用设计。金属卤化物钙钛矿为在TSC中结合光吸收剂提供了新的选择。TSC 的性能在很大程度上依赖于互连层 (ICL) 的特性，互连层将两个相邻的子电池粘合在一起，同时提供电气、光学和机械互连。

互连层（ICL）在钙钛矿串联太阳能电池中扮演着至关重要的角色。它不仅需要将两个子电池在物理上连接在一起，还要确保良好的电气、光学和机械互连。ICL的性能直接影响到整个电池的光电转换效率和稳定性。

王开和刘生忠等人的研究对基于钙钛矿的TSC中的ICL进行了全面分析。他们从ICL的定义出发，详细描述了ICL在各种基于钙钛矿的TSC中的演变过程。研究发现，ICL的材料选择和结构设计对电池性能有着显著影响。例如，一些新型的ICL材料能够有效减少界面复合损失，提高载流子传输效率，从而提升整体光电转换效率。

在最新的研究中，中科院宁波材料技术与工程研究所的研究团队解决了钙钛矿太阳能电池器件中碘离子（I⁻）迁移的问题，取得了重要进展。研究团队通过在钙钛矿前驱体溶液中引入2,1,3-苯并噻二唑和5,6-二氟-4,7-双取代化合物，成功抑制了碘离子的迁移。这种化合物中的未杂化p轨道与I⁻的孤对电子之间存在强配位作用，能够抑制MAI/FAI的去质子化以及随后的I⁻向I₂的转化。同时，高度电负性的氟增强了其与I⁻之间的静电相互作用，进一步抑制了钙钛矿的分解和碘空位缺陷密度。

这一创新方法使得反式单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）超过26%，展现出优异的运行稳定性。根据ISOS-L-3测试协议，经过处理的钙钛矿太阳能电池在老化1000小时后仍可保留其原始PCE的85%。当这一策略应用于宽带隙钙钛矿系统时，全钙钛矿串联太阳能电池的PCE更是达到了27.8%，充分证明了该方法的普遍适用性。

钙钛矿串联太阳能电池的最新突破为其商业化应用奠定了坚实基础。随着互连层技术的不断进步和碘离子迁移问题的解决，钙钛矿太阳能电池在效率和稳定性方面都取得了显著提升。未来，这一技术有望在光伏市场中占据重要地位，为全球能源转型和可持续发展做出重要贡献。

然而，要实现大规模商业化应用，仍需解决一些关键问题。例如，如何进一步降低生产成本、提高电池寿命以及确保材料的安全性等。此外，钙钛矿太阳能电池的大规模制造工艺也需要不断优化和完善。尽管面临诸多挑战，但钙钛矿串联太阳能电池的前景依然十分广阔。随着科研人员的持续努力，这一技术有望在不久的将来实现突破性进展，为人类提供更加清洁、高效的能源解决方案。