随着全球对绿色能源的需求持续上升，如何提升光伏效率、降低成本、实现产业升级，成为当前光伏技术革新的核心命题。近日，南京大学谭海仁教授课题组联合牛津大学、德国卡尔斯鲁厄理工学院、华中科技大学等国内外顶尖科研团队，在《Nature Energy》期刊在线发表了题为 《Present Status and Future Opportunities of All-Perovskite Tandem Photovoltaics》 的长篇综述，全面梳理了全钙钛矿叠层太阳能电池的发展现状、关键瓶颈与未来方向，为全球研究者提供了一份详尽的技术地图与产业路线图。
为何关注全钙钛矿叠层？
传统硅基光伏技术已日趋成熟，其效率上限已逐渐逼近，进一步突破的空间有限。而钙钛矿材料凭借优异的光电性能、带隙可调性和溶液工艺友好性，为突破“单结限制”提供了全新方案。特别是钙钛矿/钙钛矿（简称“全钙钛矿”）叠层太阳能电池，通过上下堆叠两种不同带隙的钙钛矿子电池，能够更高效地利用太阳光谱，已成为光伏领域最具潜力的下一代技术。与钙钛矿/硅叠层相比，全钙钛矿叠层具备更轻薄、更低成本、更易柔性化等优势，有望广泛应用于便携式设备、建筑一体化光伏（BIPV）乃至太空能源系统，是实现“碳中和”目标的重要技术路径之一。国家能源局、科学技术部联合印发《“十四五”能源领域科技创新规划》也明确指出需要大力开展全钙钛矿高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。
图 1 | a，全钙钛矿叠层电池分为 2T 和 4T 架构；b，2T 架构下的钙钛矿材料与工作原理；c，离子掺杂调控带隙与能级示意图；d，2T 和 4T 电池与单结器件效率进展对比
综述亮点速览：
综述围绕当前全钙钛矿叠层面临的核心问题，展开全面系统的总结与分析，包括：
效率提升关键机制：系统梳理反式钙钛矿电池电池在材料选择、能带调控、缺陷钝化、结晶质量优化等方面的最新进展，重点解析非辐射复合的物理机制与抑制策略。针对宽带隙带隙子电池的特有性能损失，总结了改进策略，为实现高性能全钙钛矿叠层器件提供基础性指导。
器件稳定性挑战：聚焦影响叠层器件长期运行的主要退化因素，如卤素相分离引起的光致不稳定性、Sn²⁺在空气中的易氧化性、界面层材料的化学兼容性差异等，系统讨论从材料本征稳定性、界面工程、封装策略到环境适应性的多层次解决方案。同时提出面向叠层器件的标准化ISOS稳定性测试体系，推动学术研究与产业标准接轨。
大面积可扩展制备工艺：评估刮涂、狭缝涂布、激光刻蚀等技术对对薄膜均匀性、结晶控制与层间匹配的影响，并指出在放大尺寸条件下材料配方、溶剂体系和结晶动力学的再设计需求，为更大面积高一致性叠层器件的制备奠定基础。
未来前沿方向：展望下一代叠层光伏器件的发展趋势，包括多结架构（如三结/四结）在进一步拓展光谱响应方面的潜力，双面器件在光收集效率提升上的前景，柔性钙钛矿叠层器件在便携式与可穿戴应用中的应用可能，以及绿色溶剂与低碳制造工艺在可持续发展中的重要角色，为构建高性能、长寿命、环保型光伏技术提供战略视角。
图2 | 提升反式钙钛矿电池效率的策略 a. 串联结构中宽窄带隙子电池的统计性能参数。b. 钙钛矿太阳能电池的结构解析示意图。c. 器件中的非辐射复合路径。d-m, 性能损失来源与解决策略。
图3 |全钙钛矿叠层光伏的运行稳定性解析 a-c, 宽带隙子电池稳定性问题及解决策略。d-f, 窄带隙子电池稳定性问题及解决策略。g-i, 隧穿结稳定性问题及解决策略。
图4 | 全钙钛矿叠层电池的规模化制备 a. 从小面积（<1 cm²，旋涂）扩展至大面积（约1 cm²，可采用旋涂、刮涂或完全可扩展工艺）或模块级尺寸（>10 cm²，仅采用可扩展工艺）的制备路径示意图。b. 约1 cm²面积的全钙钛矿太阳能电池和小型模块的光电转换效率演化历程。c. 串联互连结构的全钙钛矿太阳能模块示意图，以及模块设计中可能存在的几何损耗类型总结。d. 大面积钙钛矿薄膜的可扩展制备工艺示意图，重点突出结晶过程的关键调控环节。e. 基于刮涂工艺的单结与全钙钛矿叠层PSC及其模块的PCE进展。f. 大面积钙钛矿制备中常见的结晶问题及其缓解策略示意图。
合作团队与学术意义：
该综述由南京大学闻瑾博士、卡尔斯鲁厄理工学院胡航博士、华中科技大学陈超博士与牛津大学David P. McMeekin 博士共同第一作者完成，谭海仁、Ulrich W. Paetzold、唐江和 Henry J. Snaith 教授担任通讯作者，南京大学为第一通讯单位。该工作得到了仁烁光能（苏州）有限公司研发团队的大力支持；其也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助；此外，南京大学固体微结构物理国家重点实验室、关键地球物质循环前沿科学中心和江苏省物理科学研究中心对该项研究工作也给予了重要支持。
作为目前关于全钙钛矿叠层光伏最系统、最全面的综述之一，该论文不仅展现了我国科研团队在该领域的国际影响力，也为全球研究者和产业界提供了宝贵的前沿指南。
结语：
在“光伏+”不断拓展的未来能源版图中，钙钛矿叠层电池正加速驶入商业化快车道。从实验室到产业，从效率到稳定性，这一技术正一步步迈向成熟。未来，随着材料优化、工艺升级和测试标准完善，全钙钛矿叠层有望成为推动光伏行业跨越式发展的核心引擎。
图 5| 全钙钛矿叠层光伏的未来展望 a，多结电池在不同子电池数下的理论效率极限。b，双面叠层器件的能量采集示意图。c，双面全钙钛矿叠层中不同子电池带隙匹配下的EQE线。d，柔性器件弯曲测试示意图。e，柔性叠层器件弯折后的裂纹与层间剥离示意。f，弯折后柔性器件P3区域金属剥离示意。g，一步法封装的PDMS器件实物图。h，乙烯-醋酸乙烯酯（左）和虫漆（右）封装器件经冰雹冲击后的照片。i，钙钛矿器件封装结构示意图。
