下一代光伏技术再迎新突破！近日，香港理工大学杨光教授、李刚教授团队联合深圳理工大学白杨教授团队，在国际顶级期刊《Advanced Science》发表了最新研究成果，通过缺陷钝化与氧化石墨烯中间连接层的协同策略，成功制备出效率超过 25% 的钙钛矿 - 有机叠层太阳能电池，一举解决了宽带隙钙钛矿中移动缺陷导致的效率与稳定性瓶颈。
叠层光伏的两大难题
钙钛矿 - 有机叠层太阳能电池（POTSCs）凭借钙钛矿和有机半导体材料的互补优势 —— 带隙可调、低温溶液可加工、轻量化潜力突出，成为下一代薄膜光伏技术的最有力竞争者之一。
但这类器件的功率转换效率（PCE）始终难以突破瓶颈，核心问题来自两个方面：
1、宽带隙钙钛矿的缺陷难题：为了实现叠层电池的电流匹配，宽带隙（WBG）钙钛矿通常需要引入高比例的溴元素，这会加速薄膜结晶，在表面和晶界处形成高密度的移动性深能级缺陷，造成严重的开路电压（Voc）损失，还会引发器件性能衰减。
2、中间连接层的瓶颈：传统的中间连接层（ICLs）多采用蒸镀金属薄膜，不仅制备成本高，还容易出现金属离子扩散，导致器件稳定性差，同时还会带来额外的电学损失。
从缺陷钝化到高效连接双策略协同
针对这两大难题，研究团队提出了一套全新的协同优化方案：一方面通过功能化钝化剂抑制宽带隙钙钛矿的移动缺陷，另一方面开发溶液法制备的氧化石墨烯（GO）中间连接层，同时实现效率与稳定性的双重提升。
1、动态缺陷钝化，让 “老化” 变成性能提升
研究团队首先明确了宽带隙钙钛矿开路电压损失的根本原因：体相中的移动缺陷会在老化过程中向表面迁移聚集，加剧非辐射复合。为此，他们创新性地采用了带有多官能团的钝化剂 PipEAI，这种分子可以通过氢键、Pb-N 键等多重相互作用，捕获并中和这些迁移到表面的移动缺陷。
为验证 PipEAI 钝化移动缺陷的作用机制，研究团队开展了多维度交叉验证测试：
• 首先通过扫描电子显微镜、X 射线衍射仪排除了性能提升源于薄膜形貌、结晶性改变的可能；
• 随后借助光致发光、瞬态光致发光光谱及变扫电流 - 电压测试，初步证实目标薄膜老化过程中移动缺陷被逐步钝化、离子迁移被有效抑制；
• 进一步通过热导纳光谱、驱动级电容谱的定量分析，明确老化后目标器件的界面陷阱态密度较新鲜器件降低了一个数量级；
• 最后通过莫特 - 肖特基测试、外量子效率、电致发光测试验证，钝化后的器件内建电势更高、性能可靠，非辐射复合损失被大幅抑制，最终推动单结电池开路电压、光电转换效率分别提升至 1.355V、19.38%，电压损失降至 460mV 的极低水平。
2、溶液法 GO 连接层，低成本高稳定的叠层互联
在解决了子电池的缺陷问题后，研究团队将目光投向了叠层电池的中间连接层。传统的蒸镀金属连接层不仅成本高，还容易引发金属离子扩散，破坏器件稳定性。为此，他们开发了溶液法制备的氧化石墨烯（GO）中间连接层，这种二维材料不仅具有高透光率和可调的导电性，还能有效抑制离子扩散，同时溶液法的制备工艺也大幅降低了制备成本。
基于优化后的宽带隙钙钛矿子电池，研究团队制备了完整的钙钛矿 - 有机叠层电池。性能测试结果显示，使用优化后 GO 连接层的冠军叠层电池，实现了 25.03% 的光电转换效率，开路电压达到 2.131 V，填充因子高达 80.16%，显著优于传统银连接层器件的 23.76% 效率。
更重要的是，GO 连接层带来了稳定性的巨大提升：在氮气环境中，研究人员通过最大功率点追踪（MPPT）测试系统对器件进行了长期稳定性测试，结果显示，传统银连接层的器件在 150 小时后效率就只剩下初始的 80%，而 GO 连接层的器件在 500 小时的连续工作后，仍然保持了 92.2% 的初始效率！
这项研究通过两大核心策略的协同，成功攻克了钙钛矿 - 有机叠层电池的两大核心瓶颈：
• 针对子电池，提出了动态缺陷钝化的新方案，解决了宽带隙钙钛矿移动缺陷导致的电压损失与性能衰减，为钙钛矿缺陷管理提供了全新的思路。
• 针对叠层互联，开发了低成本溶液法 GO 中间连接层，在提升效率的同时，大幅提升了器件的长期运行稳定性，为叠层电池的商业化铺平了道路。
这项成果不仅将钙钛矿 - 有机叠层电池的效率推高到了 25% 的新高度，更为下一代低成本、高效率、轻量化的薄膜光伏技术提供了可行的技术路径，推动了钙钛矿光伏技术的商业化进程。
