综述：高性能钙钛矿叠层架构：材料创新、器件工程与工业前景

《Materials Science in Semiconductor Processing》：High-performance perovskite tandem architectures: Materials innovation, device engineering, and industrial prospects

本综述系统阐述了钙钛矿叠层太阳能电池（Perovskite Tandem Solar Cells）通过材料创新与器件工程突破单结效率极限的路径，重点分析了全钙钛矿（All-Perovskite）、钙钛矿/硅（Perovskite/Si）等架构实现超过31%认证效率的机制，并指出其通过降低平准化能源成本（LCOE）15-20%展现出的巨大商业化潜力。

　　

引言：突破单结极限的新范式

光伏技术已成为全球能源转型的核心解决方案，而传统单结太阳能电池受限于Shockley-Queisser理论极限（约33%），其能量损失主要来自高能光子热化（约25-30%）和低能光子透射（约20%）。钙钛矿叠层架构通过宽窄带隙子电池的协同作用，将太阳光谱分段利用，实现电压叠加与损失最小化，理论效率可突破40%。

双终端（2T）单片构架：商业化主力军

该构架通过中间连接层实现子电池串联，具有结构紧凑、适配现有产线的优势。核心挑战在于电流匹配优化，需通过光学模拟精确调控宽带隙（1.6–1.8 eV）顶电池与窄带隙（1.1–1.4 eV）底电池的光吸收平衡。当前认证效率记录显示：钙钛矿/硅叠层达31.25%，全钙钛矿叠层达30.1%。

宽带隙钙钛矿顶电池（1.6–1.8 eV）

作为光谱“守门员”，宽带隙钙钛矿需兼顾高开路电压与近红外区高透光性。通过ABX₃钙钛矿组分工程（如调节溴碘比）可精准调控带隙，但溴含量增加易引发相分离。采用混合阳离子（甲脒/铯）和界面钝化策略可同步提升材料稳定性与载流子寿命。

硅基底电池平台：产业融合基石

晶硅电池的成熟度使其成为叠层商业化首选平台。钙钛矿顶电池的低温溶液工艺（<150°C）与异质结（HJT）、PERC等硅技术高度兼容，可直接在现有产线集成。关键创新点包括：开发高透光率掺杂层、优化绒面结构光管理、解决钙钛矿溶液对硅衬底的侵蚀问题。

多元化叠层配置：拓展应用边界

除硅基方案外，钙钛矿/有机叠层（效率>25%）具备柔性、轻质特性，适用于建筑光伏一体化；钙钛矿/硫族化合物（如CIGS）组合瞄准太空等特殊场景；四终端（4T）构架通过独立电路规避电流匹配限制，为超高效系统提供新思路。

未来展望：跨维度创新路线

下一代发展需聚焦四方面：铅替代材料（如锡基钙钛矿）的环境相容性、缺陷容忍型材料设计、多结（>2结）叠层架构探索，以及人工智能辅助的高通量材料筛选。同步推进钙钛矿-储能系统集成，有望实现“发电-存储”一体化能源解决方案。

结论：从实验室到产业的跨越

钙钛矿叠层技术通过能带工程与光谱管理突破单结物理极限，其溶液工艺性大幅降低制造成本与能源回收期（<1年）。随着界面钝化、稳定性强化等关键技术持续突破，该技术有望在2025-2030年实现规模化部署，成为推动光伏产业升级的核心引擎。