技术内容
单结晶硅电池已逼近 Shockley-Queisser 理论效率极限，传统有机无机杂化钙钛矿/晶硅叠层电池存在热稳定性差、相分离现象严重等问题；而无机钙钛矿因其组分中不含有机成分、卤素组成单一，这一优势使其成为叠层太阳电池优异的顶部电池候选者之一。构建高性能的无机钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池逐渐成为研究热点。
I. 本团队针对 nip 型无机钙钛矿太阳电池开路电压损失大的问题，2022 年设计新型材料用于修饰上界面（图1a），实现优异的能级匹配、更高的载流子迁移率和电导率。在此基础上首次设计并制备了无机钙钛矿/晶硅叠层太阳电池，实现了 22.95% 的光电转换效率兼具 2.04 V 高开路电压。后续进一步将该类型电池的光电转换效率提升至 27.27%（目前的世界纪录）。
图1 无机钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池结构示意图（a）nip型，（b）pin型；中科院认证的光电转换效率报告（目前该类电池认证纪录）（c）
II. 2023 年本团队设计并制备了世界上首块 pin 型无机钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池，光电转换效率为 25.31%。后续通过纳米级局部接触技术进一步将光电转换效率提升到 26.26%（图1b）。2025 年针对 pin 型无机钙钛矿太阳电池界面复合严重的问题，通过构建纳米载流子通道与梯度能级结构，促进载流子提取，创下 27.92%（认证 27.18%）的无机钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池全球效率纪录（图1c），且可在空气环境下制备，工艺门槛大幅降低。有利于增强我国在国际光伏领域的竞争力。
应用情况
山东枣庄峰城 500kW 四端无机钙钛矿/晶硅叠层示范电站（图2）。2024 年 12 月并网，2025 年 4 月全面建成。实际运行 1 年数据显示，叠层组件比传统 TOPCon 晶硅组件发电增益达 10%，在高温高湿环境下稳定性提升 40%。
图2 山东枣庄峰城500 kW四端无机钙钛矿/晶硅叠层示范电站
转化前景
无机钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池具备高效率、低成本、弱光响应好和光热稳定性好等优势，实验室光电转换效率突破目前接近 30%，理论极限超 45%，适配吉林高纬度、低辐照环境。省内西部盐碱地广阔、光伏政策强力（“十四五”光伏装机 8 GW+），科研与产业基础完备，契合“陆上风光三峡”建设吉林省人民政府。两端结构工艺简化、封装成本低，适配大规模地面电站与分布式场景，助力吉林光伏降本增效、提升发电量，产业化前景广阔。
