“双碳”目标引领中国的绿色转型，推动中国光伏产业飞速发展并崛起为全球能源转型的重要引擎。单片双端钙钛矿/硅叠层太阳能电池已成为低成本、高效率光伏技术的有力竞争者，其效率已超过34.85%。但此类高效叠层电池的制备目前仍局限于惰性气氛条件，这为商业化规模制造设置了重大障碍。近日，南京大学谭海仁教授团队在该领域取得关键进展，在空气环境中实现了效率为30.71%（认证效率30.51%，1.1664 cm²）的双绒面钙钛矿/晶硅叠层电池。团队进一步采用与商业化生产兼容的狭缝涂布技术，成功制备出孔径面积达16 cm²的大面积叠层器件，效率达29.09%，为目前已报道的大面积叠层电池中的最高效率之一。2026年1月20日，该成果以“Scalable ambient fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells via wet-film intervention”为题发表于国际知名期刊 《Joule》。
双面工业级绒面硅衬底结合混合顺序沉积的钙钛矿制备技术是实现钙钛矿/晶硅叠层电池产业化的有效途径：前者绕开额外抛光、刻蚀以降低成本，后者克服了微米级金字塔结构与传统溶液法钙钛矿沉积之间的固有兼容性难题。然而，实现叠层电池从实验室走向工厂，仍需攻克空气中湿度对高质量钙钛矿薄膜制备的干扰难题。不受控的水分会引发无序结晶和钙钛矿表面分解，严重损害薄膜质量与器件性能。尽管学界已尝试多种空气制备方案，但其效率与传统惰性气氛制备的器件始终存在显著差距。且许多策略与真空蒸发工艺不兼容或在固-液互扩散和反应过程中作用尚不明确，难以适配兼容商业大绒面晶硅衬底的混合顺序沉积工艺。
基于此，谭海仁教授研究团队探究了环境湿度下不同类型添加剂对钙钛矿结晶行为的影响，并创新性提出了一种基于硫氰酸盐的“湿膜干预”策略。利用钙钛矿的软晶格性质，研究团队将SCN-引入有机盐已完成充分扩散的钙钛矿湿膜阶段以诱导二次晶粒生长。该策略实现了有机盐扩散与钙钛矿结晶的解耦，在湿度环境下构建更可控的结晶路径。该精准调控的结晶过程最大化SCN-的积极作用，实现了晶粒生长促进与薄膜质量提升。
研究团队进一步探究了不同链长烷基铵硫氰酸盐湿膜干预对空气中钙钛矿结晶及器件性能的影响。正丁基铵硫氰酸盐（nBASCN）具备最合适的链长，被合理筛选为最佳湿膜干预试剂。nBA⁺阳离子在增强疏水性和SCN⁻辅助结晶之间取得平衡，在环境条件下实现了晶粒尺寸和结晶度的均匀提升以及钙钛矿的择优取向，同时抑制水分诱导的钙钛矿/空气界面分解，最终实现了20.22%（1.044 cm²）的单结冠军效率。
图1. 不同烷基链长烷基铵硫氰酸盐湿膜干预对钙钛矿薄膜结晶及器件性能的影响
鉴于nBASCN湿膜干预器件卓越的光电性能，研究团队对其湿膜干预机制进行了深入研究。研究表明， nBA⁺阳离子在退火过程中形成了可自挥发的2D疏水屏障，有效抑制退火过程中高温高湿导致的钙钛矿/空气界面分解，同时残留的痕量nBA⁺钝化表面缺陷，避免过量损害载流子传输的低维相和绝缘性长链聚集体在界面形成。而SCN⁻阴离子则与欠配位Pb²⁺发生配位作用，降低α相形成能并促使（100）晶面表面能最小化，诱导晶核沿（100）晶面迅速生长，实现晶粒尺寸和结晶度的显著提升及强烈的择优取向。
图2. nBASCN湿膜干预机理研究
研究团队进一步研究了nBASCN湿膜干预对钙钛矿光电性能的影响。研究表明，该策略实现了体相非辐射复合和表面缺陷的显著减少，载流子寿命显著增长。表面电势均匀化且n型特征增强，有利于电子传输层接触及界面处载流子的提取。
图3. 钙钛矿薄膜的光电性能表征
为在大面积器件层面验证nBASCN干预的结晶调控与界面优化效应，研究团队将钙钛矿薄膜制备成约1 cm²的单结器件。冠军器件在未使用增透膜条件下实现了20.22%的PCE。
图4. 单结钙钛矿太阳能电池的光伏性能及损耗分析
通过nBASCN湿膜干预策略，优化后的叠层器件（孔径面积1.1664 cm²）冠军反向扫描效率达到30.71%（VOC = 1.900 V，JSC = 20.27 mA cm⁻²，FF = 79.93%），是目前环境空气中制备的钙钛矿/硅叠层电池公开文献报道的最高值。为验证该策略在商业化尺寸硅组件上的可扩展性，研究团队采用与产线兼容的狭缝涂布工艺，制备了孔径面积为16 cm²的大面积钙钛矿/硅叠层电池。冠军器件效率达29.09%（VOC = 1.897 V，JSC = 19.35 mA cm⁻²，FF = 79.27%），位列大面积钙钛矿/硅叠层电池效率最高值之一。在相对湿度30-50%的环境空气中，封装大面积器件在一个太阳光照下进行最大功率点跟踪930小时后，仍能保持初始效率的88%。
图5. 双面工业级大绒面钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池器件性能及稳定性
南京大学为该文的唯一通讯单位；南京大学24级博士生洪佳佳，21级博士生郑循天，20级博士生罗皓文，乌普萨拉大学杨博文研究员为论文的共同第一作者；南京大学现代工学院特任副研究员孔文池、南京大学现代工学院谭海仁教授为论文的通讯作者。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费项目、江苏省自然科学基金、关键地球物质循环前沿科学中心“GeoX”、江苏省研究生科研与实践创新计划项目等多个项目的资助。
Scalable ambient fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells via wet-film intervention | Joule
