近日，我院褚君浩院士团队张鸿课题组联合天合光能股份有限公司和东南大学等团队，在钙钛矿多结叠层光伏领域取得重大突破。研究团队提出超宽带隙钙钛矿缺陷钝化与光学管理协同策略，成功制备出高效稳定的钙钛矿/钙钛矿/硅基三结太阳能电池，经第三方权威认证，其光电转换效率分别达到32.22%（1.046cm²）和26.97%（15.62cm²），双双刷新该类电池的效率世界纪录。相关成果以“Defect passivation and optical management of triple-junction solar cells”为题，于2026年8月17日在线发表于国际顶级期刊《Nature》。
钙钛矿多结叠层太阳能电池兼具高效率与规模化制造潜力，被视为下一代空间光伏技术的重要方向。通过对太阳光谱的分级利用，该类器件可突破单结电池的肖克利-奎伊瑟效率极限，理论效率有望超过50%。其中，钙钛矿/钙钛矿/硅基三结结构尤为瞩目：其将工业成熟的硅底电池与上层子电池中高度可调的铅卤钙钛矿光电特性相结合，展现出显著的应用前景。
然而，当前钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池的实际性能仍受三大核心挑战制约：其一，宽带隙钙钛矿顶电池存在显著的开路电压损失，削弱预期电压增益，且高溴含量引发的严重相分离进一步影响器件稳定性；其二，多层堆叠结构中的非理想光管理导致反射损耗与电流失配，限制整体效率提升；其三，子电池在制备过程中受湿度、高真空等环境因素而退化，也成为制约影器件重复性与性能提升的关键难题。
针对上述瓶颈，研究团队将宽带隙顶电池的缺陷钝化策略与中间子电池的光学干涉工程有机结合，同步攻克了钙钛矿多结叠层太阳电池在电学与光学层面的关键限制，为面向空间应用所需的轻质、高效、稳定钙钛矿/晶硅多结叠层光伏器件提供了可行技术路径。
图1. 抑制超宽带隙钙钛矿/电子传输层界面非辐射复合的钝化分子设计
针对超宽带隙钙钛矿子电池存在的相不稳定性和表界面缺陷问题，团队构建了器件模型以指导钝化分子设计，并开发出一种新型多功能单分子钝化剂——2,2'-((全氟-1,4-亚苯基)双(氧基))双(乙铵)溴化物（4F-POEABr）。该分子通过共轭缺电子骨架提供场效应钝化与铵基基团的化学钝化协同作用，有效改善宽带钙钛矿表面的电子均匀性，并显著抑制非辐射复合。实验结果表明，4F-POEABr能够在超宽带隙钙钛矿中实现强效且均匀的表面钝化，有效降低缺陷密度、抑制非辐射复合并缓解卤化物相分离，最终制备出开路电压高达1.413 V且稳定性优异的宽带隙子电池。
图2. 基于超厚SnOx/IZO双层互连层的光学管理
针对多层堆叠结构中的光学反射损失与电流失配问题，团队基于椭偏仪拟合模型对三结叠层器件进行了精确光学分析，提出以厚度工程为核心的干涉介导光学管理策略。在优化厚度窗口内，研究发现采用非传统厚度的超厚SnOx（120nm）透明功能层，可在不引入明显电学损失的前提下实现有益的光学解耦，这源于超厚SnOx层通过相长干涉增强中间钙钛矿吸收层内的光子通量；同时，在保持足够导电性的基础上减薄IZO层厚度，可以有效减少寄生吸收。实验结果表明，借助系统的干涉管理策略，受电流限制的中间子电池的电流密度得到成功优化，定制的SnOx/IZO双层结构最终实现了0.5 mA cm-2的电流提升。
图3. 钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层器件的性能和运行稳定性
结合上述策略，研究团队制备的三结叠层器件经第三方认证，效率分别达32.22%（1.046cm²）和26.97%（15.62cm²），刷新了钙钛矿三结叠层光伏器件的效率纪录。在稳定性评估中，于45℃和1个标准太阳光照条件下连续最大功率点追踪测试，对照器件运行330小时后效率衰减约70%，而目标器件在1000小时后仍保持约80%的初始效率，处于同类器件的领先水平。户外实测中，目标器件运行42天后仍保留初始效率的80.9%，而对照器件同期仅剩约10%，进一步验证了该策略对器件长期运行稳定性的显著提升。此项工作整合化学、材料、光学与电子等多学科手段，构建了通用设计框架，为可规模化、超高效率的空间多结光伏技术提供了可行路径。
该工作的通讯作者为复旦大学张鸿，天合光能高纪凡、陈奕峰、张学玲、谢志刚，以及东南大学姚惠峰；共同第一作者包括天合光能徐业博士、复旦大学博士生王志杰，天合光能邓陈与齐莲莲，以及复旦大学-天合光能联合培养博士生莫易。研究过程中，褚君浩院士给予了悉心指导，并得到了光电研究院、未来信息创新学院、光伏科学与技术全国重点实验室、智能材料与未来能源创新学院等科研平台，以及国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委关键研发计划等项目的资质与支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-11010-8.
