刷新世界效率纪录!我国成功研制出大面积全钙钛矿叠层光伏组件

北极星太阳能光伏网自南京大学官网获悉，近日，南京大学谭海仁教授团队联合仁烁光能产业化研究团队、南京大学化学学院王元元教授课题组，在大面积全钙钛矿叠层光伏组件领域取得关键突破，成功研制出大面积全钙钛矿叠层光伏组件，经日本电气安全和环境技术实验室(JET)国际权威认证的转换效率高达26.2%，刷新了该面积等级全钙钛矿叠层组件的世界效率。2026年6月15日，相关研究成果《Nanocrystal-tailored junction for all-perovskite tandem solar module》以快速预览形式在线发表于《Nature》主刊。

据介绍，当前，空间站、卫星及深空探测器主要依赖砷化镓为主的太阳电池技术，普遍面临重量大、比功率低、制造及发射成本高昂等瓶颈。将有效载荷送入近地轨道的成本高达每千克数千至数万美元，深空任务则更为昂贵。此外，空间装备还必须应对极端严苛的运行环境，包括空间辐照(紫外线、高能粒子辐照、太阳风等)、近地轨道存在的原子氧侵蚀，以及剧烈的高低温交替冲击。因此，发展兼具高效、轻质与强环境适应性的新一代空间光伏技术，已成为迫切需求。

全钙钛矿叠层太阳能电池具备更宽光谱利用能力，理论效率有望突破40%。同时，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，其比功率(单位重量产生的功率)可达传统刚性电池的10倍以上，能够显著降低发射重量并简化太阳翼展开机构，为空间轻量化光伏系统提供了理想方案。但当前大面积全钙钛矿叠层组件在面向太空部署与在轨运行的规模化制备及应用中，面临着一系列关键难题：复合连接层光学损失大;界面稳定性不足，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在空间辐照、真空、冷热交变等极端环境下的效率保持与长期可靠运行，也限制了该技术从地面向空间装备的转化进程。

在全钙钛矿叠层光伏组件的大面积制备过程中，传统ALD-SnO2/Au/ PEDOT:PSS 结构的隧穿复合结面临两大关键难题：(1)超薄金属复合层在大面积上实现均匀分布与高精度控制极为困难，微小的厚度变化会对叠层底电池的寄生吸收造成严重影响，同时金属扩散将对器件稳定性产生不可逆的损害;(2)PEDOT:PSS 材料的光学性质与化学稳定性较差，严重影响叠层结构中的光学管理及器件稳定性。

而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。

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 PEDOT:PSS 空穴传输层，实现了界面连接层的结构重构。基于刮涂工艺，研究团队还针对铅-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。