7月13日，记者从中国科学院化学研究所获悉，该所李永舫院士和孟磊研究员团队将钙钛矿-有机叠层太阳能电池的稳态光电转换效率提升至28.04%，时隔两年再次刷新此类器件效率的世界纪录。

值得一提的是，团队创新性地提出了“全阶段调控”策略，让这种轻薄柔软、随处可贴的新型太阳能电池从“怕光”变为“驭光”，持续光照运行625小时后，器件仍保持90%的初始效率。这项研究为新一代光伏技术走向实际应用提供了重要支撑。国际顶尖学术期刊《自然》前天深夜在线发表了这一成果。

叠层太阳能电池，将阳光“吃干榨净”

我们熟悉的单结太阳能电池，就像只能识别单一波段光线的单通道接收器，受物理理论限制，光能利用率有限。叠层太阳能电池则能突破这一瓶颈，让不同材料各管一段光谱，从而把阳光“吃干榨净”。

钙钛矿-有机叠层太阳能电池就是基于这一理念设计的。它如同一块精心制作的多层蛋糕，将吸收不同波长太阳光的半导体材料精密叠合——上层是宽带隙钙钛矿材料，负责吸收高能量的紫外和可见光；下层是窄带隙有机材料，负责吸收穿透下来的近红外光。

论文通讯作者之一、中国科学院化学所研究员孟磊介绍，钙钛矿层还能过滤紫外光以保护有机层，而有机层的疏水特性也有助于减少水汽对钙钛矿层的侵蚀，“不同叠层可在光谱吸收和器件稳定性上形成互补，展现出‘1+1>2’的协同效应”。

相关表征以及钙钛矿-有机叠层太阳能电池结构以及效率进展

论文通讯作者李永舫表示，钙钛矿-有机叠层太阳能电池兼具轻量化、柔性化和高比功率优势，可广泛应用于建筑、交通、可穿戴电子等地面场景，也将在卫星、空间站和深空探测等航天领域发挥积极作用。这种电池轻薄便携，可轻松放入背包随身携带。户外旅行时，只需将其展开，即可为手机等电子设备充电。

消减材料“先天不足”，缓解怕光难题

叠层电池虽然应用前景广阔，但高溴含量宽带隙钙钛矿一直有个致命短板——光照后性能明显衰减，根源在于材料会“卤素相分离”。

这是钙钛矿电池在结晶成膜时就存在的“先天不足”。孟磊解释，为匹配下层有机电池的光谱，上层钙钛矿需要混合碘、溴两种卤素。理想状态下两种离子均匀分布，但在薄膜结晶时，碘离子和溴离子很难均匀混合，还会自发聚集，致使电池内部电场很容易遭到破坏，电压和效率都会快速下滑。

到了光照工作阶段，问题进一步加剧。2024年，团队曾将叠层效率提升至25.7%，但器件性能还能进一步提升吗？于是，研究团队设计了一种可光转换的添加剂分子TDB。它不仅能在制备时让溴离子分布更均匀，形成更加均一的太阳能薄膜，帮材料“打好底子”，还能在工作时让材料“稳住阵脚”，有效抑制光照下的“相分离”。

钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件

当电池开始光照工作时，富集在晶界处的TDB分子被光激活，转化为一种全新结构分子TAB，其与钙钛矿表面结合更牢固，能有效堵住离子迁移通道，抑制光照下的相分离。

孟磊表示，此项研究让高溴含量宽带隙钙钛矿从“怕光”变成“驭光”，由此实现了叠层电池“全阶段调控”的核心策略。使用优化后的宽带隙钙钛矿前电池，研究团队制备出的钙钛矿-有机叠层太阳能电池稳态效率达28.04%，且表现出良好的稳定性。