综述：效率突破的驱动力：单片钙钛矿/硅串联太阳能电池中的关键技术进展 孙阳（Yang Sun） 何子娟（Zijuan He） 徐玉帅（Yushuai Xu） 陈坤（Kun Chen） 彭海文（Haiwen Peng） 陈斌（Bin Chen） 岳瑞春（Ruicun Yue） 岳世忠（Shizhong Yue） 尹海鹏（Haipeng Yin） 欧阳梓（Zi Ouyang）

《Nanomaterials》：Drivers of Efficiency Breakthroughs: Key Technological Advances in Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Yang Sun, Zijuan He, Yushuai Xu, Kun Chen, Haiwen Peng, Bin Chen, Ruicun Yue, Shizhong Yue, Haipeng Yin and Zi Ouyang

　　摘要 晶体硅太阳能电池由于其成熟的制造工艺、优异的稳定性和丰富的原材料储备，长期以来一直主导着全球光伏市场，占据了超过90%的光伏市场份额。然而，单结c-Si太阳能电池的效率已接近Shockley–Queisser（SQ）极限，约为29.4%，这迫切需要下一代光伏技术来实现更高的功率转换效率（PCE）。单片钙钛矿/硅串联太阳能电池（PSTSCs）是超越单结效率极限最具商业前景的技术。自2015年首次展示以来，PSTSCs经历了快速的技术进步，其认证的PCE在2026年达到了35.0%。本文认为，其效率的迅速提升并非偶然，而是由关键子系统中的协同创新所驱动的。我们系统地分析了这些效率提升的因素，包括顶层电池材料、底层电池架构和光学管理。最后，我们概述了将这项实验室领先技术转化为主流能源解决方案所需的研究前沿。

1. 引言
应对气候变化的紧迫需求以及实现碳中和的目标加速了全球对高效、低成本光伏技术的研究。在众多新兴的太阳能电池技术中（例如CdTe、CIGS、有机太阳能电池、纳米结构系统[1,2]），晶体硅太阳能电池由于其成熟的产业链和持续的技术创新而长期占据主导地位。到2025年，晶体硅光伏模块的年安装容量超过了500吉瓦[3]。隧道氧化物钝化接触（TOPCon）和异质结（SHJ）等结构的引入使晶体硅电池不断接近其理论极限（约29.4%）[4]。由于相对较低的制造成本，TOPCon太阳能电池逐渐形成了最大的晶体硅模块生产能力。这项技术的核心优势在于超薄隧道氧化物在背面表面和掺杂多晶硅薄膜上的选择性传输效应。对于n型TOPCon太阳能电池，当n+掺杂的薄硅层（通常是复合硅层或多晶硅层）与n型基底接触时，会导致基底的能带向下弯曲，从而降低电子传输障碍。超薄氧化层的存在仅允许多数载流子（电子）通过钝化结构并被背面电极收集，同时阻挡少数载流子（空穴），从而分离空穴和电子，进一步减少背面复合。目前，n型TOPCon电池的效率已达到26.55%[5]。

另一种大规模生产技术是SHJ太阳能电池。SHJ太阳能电池的结构包括在晶体硅表面精心排列的本征和原位掺杂的a-Si:H薄膜，以及两侧的透明导电氧化物（TCO）涂层和丝网印刷金属电极。本征（i）a-Si:H层位于c-Si晶圆和掺杂a-Si:H层之间，它作为正面发射极和背面的钝化层，同时最小化开路电压（Voc）的损失。n型和p型掺杂的a-Si:H薄膜通过各自的接触界面处的能带弯曲和反转区域促进载流子选择性，从而促进与TCO层的横向电荷传输。这些薄膜的掺杂水平对于优化内置电场和最大化器件效率至关重要。目前，n型SHJ电池的效率已达到26.8%，开路电压超过751毫伏。然而，由于晶体硅材料的固定带隙（约1.12电子伏特），单结电池的效率提升已进入平台期，迫切需要新的器件架构来突破SQ极限。

与此同时，金属卤化物钙钛矿太阳能电池凭借其优异的光电性能（如高光吸收系数和长的载流子扩散长度）以及低成本溶液处理的优点，在短短十年内效率从3.8%提升到了超过27.3%[5]。效率提升的主要原因是界面的协同优化[6]。在空穴选择性方面，紧凑且化学稳定的自组装单层（SAMs）通过确保完全的分子覆盖和最小化能级偏移来抑制界面复合。偶极工程化的咔唑SAMs将价带偏移降低到0.1电子伏特以下，同时稳定钙钛矿在埋藏界面处的有利取向。在电子选择性方面，离子屏蔽中间层将C60从被动电子传输层转变为活性屏障，防止离子重新分布。更重要的是，钙钛矿材料的带隙可以连续调节（约1.2–2.3电子伏特），使其能够与晶体硅电池形成理想的串联结构。钙钛矿/晶体硅（钙钛矿/Si）串联太阳能电池的发展历程是过去十年光伏（PV）技术中最引人注目的科学故事之一。其发展轨迹生动地展示了从基本概念验证到逐渐接近理论效率极限的飞跃性突破[7]。

串联太阳能电池的核心目标是超越单结光伏器件的SQ效率极限[8]。其基本原理涉及堆叠具有不同带隙的半导体材料，以实现更广泛和更高效地利用太阳光谱。尽管太阳辐照范围覆盖了从紫外线到近红外的广泛波长，但单一半导体材料只能高效吸收能量超过其带隙的光子；能量低于带隙的光子会未经利用地透过（传输损失），而能量远高于带隙的光子则会以热的形式耗散（热化损失）。串联架构通过将宽带隙材料作为顶层电池来吸收高能量光子（例如可见光），同时让窄带隙材料作为底层电池捕获这些传输的长波长光子，从而解决了这两个主要能量损失机制，理论上可将光伏转换效率提高到45%以上[9]。

钙钛矿和晶体硅的结合被广泛认为是高效串联电池的理想组合，因为它们在物理性质、工艺兼容性和工业基础方面具有显著的互补性。首先，在光谱匹配方面：晶体硅作为一种成熟的光伏材料，其带隙约为1.12电子伏特，并对1100纳米以下的波长有强烈的响应（包括近红外和可见光范围）。为了与硅实现最佳电流匹配，顶层电池需要理想的带隙为1.68–1.75电子伏特。有机-无机杂化钙钛矿材料（例如MAPbI3或FAPbI3的衍生物）通过精确调节卤素成分（碘、溴、氯）来调节带隙[10]，使其能够完美匹配硅底层电池的约1.68电子伏特。其次，钙钛矿材料具有一系列优越的光伏性能：它们表现出超高的光吸收系数，因此仅几百纳米厚的薄膜几乎可以完全吸收带隙以上的太阳光子[11]。此外，经过适当钝化处理后，钙钛矿具有长的载流子扩散长度和低缺陷密度，确保光生电子和空穴高效分离并传输到电极，从而实现高的开路电压（Voc）和填充因子（FF）。例如，通过基于n型喹诺啉膦氧化物的阴极界面层，宽带隙钙钛矿单结电池的Voc已提升到1.31伏特[12]，为高效串联电池奠定了坚实的基础。第三，从制造工艺和工业化的角度来看，钙钛矿/Si串联解决方案具有独特优势。晶体硅光伏产业经过数十年的发展，已经建立了全球范围内高度成熟且成本下降的产业链。通过将钙钛矿顶层电池直接沉积在现有的高效硅电池（例如异质结（SHJ）或TOPCon电池）上，可以充分利用这一基础设施。关键的是，高质量的钙钛矿薄膜可以通过低温溶液工艺制造[13]（例如槽式模具涂层[14,15,16]、喷墨打印[17]或蒸汽沉积[18]）。在实际制造中，钙钛矿模块的热处理温度通常保持在150摄氏度以下。这符合异质结硅电池的低温处理要求，避免了高温处理对硅电池钝化层的损害。这种工艺兼容性显著降低了技术整合的复杂性和成本。

钙钛矿/硅串联太阳能电池的起源可以追溯到2015年，当时研究人员首次成功构建了单片钙钛矿/硅串联结构，初步验证了超越单结硅电池理论极限（约29.4%）的可行性[19]。在早期阶段，器件的效率通常低于20%，主要受到宽带隙钙钛矿顶层电池性能瓶颈的限制。特别是其Voc远低于理论值，这是由于严重的非辐射复合损失和不利界面能带对齐造成的。同时，在连接顶层和底层电池的复合层中难以平衡电导率和光学透明度，这成为限制填充因子（FF）和短路电流（Jsc）的关键因素。通过材料成分调节和界面修改，器件结构逐渐得到优化。2016年，钙钛矿/硅串联电池的实验室效率首次超过了20%，达到了20.5%[20]。然而，诸如器件稳定性差和效率波动大等问题仍然突出，且尚未建立系统的的技术体系。如图1所示，自2017年以来，钙钛矿/晶体硅串联电池的效率开始迅速而稳定地提升，核心技术的突破表现出多样化特征。在材料层面，宽带隙钙钛矿材料系统[21]和缺陷钝化策略[22]取得了创新。在界面层面，原子级界面键合[23]和多功能界面修改等技术得到了广泛应用，有效抑制了非辐射复合。在结构层面，p-i-n架构[21]、抗反射结构和超薄TCO层[24]使得阳光得到有效利用。在这个过程中，具有优异性能的材料系统、器件结构和制备方法逐渐积累并得到广泛应用，推动钙钛矿/晶体硅串联电池的效率在2024年超过了33%[25]。

2. 驱动因素1：宽带隙钙钛矿顶层电池的演变
作为单片钙钛矿/硅串联太阳能电池的光吸收前端，钙钛矿顶层电池的性能直接决定了整个器件的Voc和Jsc。近年来，这一子电池在材料组成设计、薄膜形成工艺和缺陷钝化方面取得了一系列突破，这些共同构成了效率提升的核心驱动力。

2.1. 带隙-电压权衡：基本挑战
在单片钙钛矿/晶体硅串联太阳能电池中，选择约1.68电子伏特的钙钛矿顶层电池带隙是一个基于理论计算和实验优化的平衡点。这个值并非随意确定，而是为了在综合考虑实际制造中的各种限制的同时，最大化串联电池的效率潜力。主要原因可以总结如下：首先，实现完美的电流匹配。这是最根本的原因。单片串联电池的顶层和底层子电池是串联连接的，整个电池的输出电流受到两者中较小值的影响。因此，为了最大化总输出，顶部电池和底部电池产生的电流必须几乎相等。晶体硅底部电池的带隙是固定的（大约1.12 eV）。为了与之实现电流匹配，理论上顶部电池的最佳带隙应在1.7–1.8 eV范围内[42]。更精细的模拟计算发现，考虑到实际光照条件和电池内部的发光耦合效应（即顶部电池发出的光可以被底部电池重新吸收和利用），这个最佳带隙会略微下降到1.64–1.72 eV的范围，而1.68 eV正好位于这个最佳范围的中心[43]。其次，需要平衡电压、电流和稳定性。虽然稍微较高的带隙（例如，高于1.72 eV）可能更容易实现电流匹配，但它会在实际材料中引入新的问题，因此1.68 eV是一个更好的选择：宽带隙钙钛矿通常具有较大的开路电压（Voc）损失，这意味着实际获得的电压远低于理论值。带隙越高，这个问题通常越严重。选择1.68 eV是在追求高电流的同时，对电压损失进行折中和优化，以获得最佳的实际输出功率。此外，为了实现宽带隙，需要将溴（Br）和碘（I）同时掺入钙钛矿中。然而，在光照或电场的作用下，卤素离子会迁移，这会严重损害稳定性。因此，1.67–1.68 eV是一个关键窗口，在这个带隙范围内，通过界面工程等策略可以更有效地抑制这种有害的相分离。

为了超越定性描述，我们在这里提供了一个定量框架，用于评估宽带隙钙钛矿顶部电池中的关键损失机制。对于带隙约为1.68 eV的钙钛矿，在300 K和1太阳光照下的开路电压（VOC,rad）的辐射极限大约为1.38 V，这是根据详细平衡模型计算得出的。现有设备中实际实现的VOC约为1.3 V，对应的总电压差ΔVtotal = VOC,rad ? VOC ≈ 80 mV。这个差值可以进一步分解为两个部分：（i）非辐射复合损失ΔVnon-radiative = (kBT/q) ln(1/PLQY)，其中PLQY是光致发光量子产率；以及（ii）由于光子吸收不完全和逃逸导致的辐射损失，对于高质量薄膜来说，这部分通常很小。对于PLQY = 5%（优化后的宽带隙钙钛矿的典型值），ΔVnon-radiative = 77 mV。剩余的约3 mV来自界面复合和传输损失，特别是在钙钛矿/C60界面。通过绝对光致发光测量的准费米能级分裂（QFLS），可以直接量化电荷提取前的VOC上限。在记录中的钙钛矿/硅串联电池中，已报告QFLS值超过1.34 eV，表明实际VOC受到选择性接触损失的限制，而不是体复合。定量上，将界面复合速度从10^4 cm/s降低到10^3 cm/s可以使VOC增加大约50 mV，这一点通过漂移-扩散模拟得到了证实。这些数字表明，进一步提高效率的主要瓶颈不再是钙钛矿本身的质量，而是埋藏界面的钝化以及SAM/钙钛矿能级对齐的优化。为了实现宽带隙，需要同时将溴（Br）和碘（I）掺入钙钛矿中。然而，在光照或电场的作用下，卤素离子会迁移，这会严重损害稳定性。因此，1.67–1.68 eV是一个关键窗口，在这个带隙范围内，通过界面工程等策略可以更有效地抑制这种有害的相分离。

为了超越定性描述，我们在这里提供了一个定量框架，用于评估宽带隙钙钛矿顶部电池中的关键损失机制。对于带隙约为1.68 eV的钙钛矿，在300 K和1太阳光照下的开路电压（VOC,rad）的辐射极限大约为1.38 V，这是根据详细平衡模型计算得出的。现有设备中实际实现的VOC约为1.3 V，对应的总电压差ΔVtotal = VOC,rad ? VOC ≈ 80 mV。这个差值可以进一步分解为两个部分：（i）非辐射复合损失ΔVnon-radiative = (kBT/q) ln(1/PLQY)，其中PLQY是光致发光量子产率；以及（ii）由于光子吸收不完全和逃逸导致的辐射损失，对于高质量薄膜来说，这部分通常很小。对于PLQY = 5%（优化后的宽带隙钙钛矿的典型值），ΔVnon-radiative = 77 mV。剩余的约3 mV来自界面复合和传输损失，特别是在钙钛矿/C60界面。使用准费米能级分裂（QFLS）可以通过绝对光致发光直接量化电荷提取前的VOC上限。在记录中的钙钛矿/硅串联电池中，已报告QFLS值超过1.34 eV，表明实际VOC受到选择性接触损失的限制，而不是体复合。定量上，将界面复合速度从10^4 cm/s降低到10^3 cm/s可以使VOC增加大约50 mV，这一点通过漂移-扩散模拟得到了证实。这些数字表明，进一步提高效率的主要瓶颈不再是钙钛矿本身的质量，而是埋藏界面的钝化以及SAM/钙钛矿能级对齐的优化。对于电流匹配，串联效率对电流不匹配ΔJ = |Jsc, top ? Jsc, bottom|的敏感性可以表示为ΔPCE/PCE ≈ ?(ΔJ/Jmp)，其中Jmp是最大功率点的电流。对于Jmp ≈ 20 mA/cm^2的串联电池，0.5 mA/cm^2的不匹配会使效率降低约2.5%（绝对百分比约为0.8%），这突显了精确调节带隙和光学管理的必要性。这样的定量基准为未来的材料和器件工程提供了可操作的目标。

2.2. 组成工程对性能和稳定性的影响
精确调节宽带隙（WBG）钙钛矿材料是实现高效电流匹配的前提。由于材料系统的成熟度有限，早期论文中使用了带隙约为1.61 eV的甲基铵铅碘化物，导致开路电压低于1.72 V[19,20,44]。该领域的研究已经从早期的简单二元或三元混合物发展到今天的复杂多组分协同设计。例如，Saliba等人引入的三阳离子系统（Cs/MA/FA）显著抑制了相杂质，并实现了单结配置中的高效率、高度可重复的设备[45]。随后，引入额外的A位元素如Rb和K进一步优化了组成稳定性[38,46]。在X位引入第三种卤素（Cl）形成三卤素系统可以抑制Br/I相分离[47]。如前所述，顶部电池的理想带隙需要稳定在1.68–1.74 eV范围内，以便与晶体硅底部电池形成最佳的光谱分离。组成工程，包括阳离子工程和阴离子工程，是实现这一调节的核心策略。

阳离子工程主要关注A位阳离子的调节。传统的甲胺inium（FA+）基钙钛矿因其接近理想的带隙和优异的热稳定性而被视为基础。然而，纯FAPbI3在室温下倾向于形成非钙钛矿黄色相（δ相），缺乏光伏活性。为了稳定其黑色相（α相），研究人员引入了各种辅助阳离子。尽管引入甲基铵（MA+）可以有效稳定结构，但它带来了热不稳定性。原因是，在制备MA基器件时，钙钛矿材料中的微小尘埃颗粒可能在氧化铟锡（ITO）层中形成针孔，从而为MA+的逃逸创造通道，最终导致效率下降[21]。因此，较小的无机阳离子如铯（Cs+）和铷（Rb+）起着关键作用。掺入Cs+不仅可以有效抑制黄色相的形成，还可以提高薄膜的结晶质量；而添加Rb+已被证明可以进一步钝化晶界缺陷并减少非辐射复合中心[46]。最新的进展体现在这些阳离子比例的极端优化以及新型有机阳离子的探索上。继Mariotti等人之后，通过精细调节FA和Cs等阳离子的比例，成功制备了带隙为1.68 eV的三卤素钙钛矿，并通过界面修饰实现了高达1.28 V的开路电压，这直接促进了串联器件效率的飞跃[48]。

阴离子工程主要通过调整X位卤素阴离子（I-, Br-, Cl-）的比例来扩大带隙。碘（I）提供窄带隙，引入溴（Br）是最直接和有效的方法来扩大带隙。然而，高比例的Br会导致严重的相分离问题，即在光或电场的作用下，富I-和富Br-的区域会自发分离，导致带隙和性能下降[49]。这是宽带隙钙钛矿面临的核心挑战之一。引入的氯（Cl）量通常非常少，但其作用不可忽视[47]。它有助于改善晶体生长动力学，并获得晶粒较大、缺陷较少的薄膜。Xu等人通过用溴替换部分碘来提高氯的溶解度，从而缩小晶格参数，进一步提高了氯的溶解度，进而降低了晶格参数。大量Cl掺入晶格中，使材料中的卤素分布均匀，晶格参数减小，带隙增加。结果，带隙增加到1.67 eV，并且相分离也被抑制[50]。Mariotti等人进一步优化了三卤素钙钛矿，并结合PI界面，改善了带对齐，减少了非辐射复合损失，并增强了电子选择性接触处的电荷提取效率。他们实现了高达2.00 V的开路电压和高达32.5%的钙钛矿-硅串联太阳能电池的认证功率转换效率[48]。

为了提高宽带隙钙钛矿的稳定性，另一个研究前沿是如何在实现高Br含量的同时有效抑制相分离以满足带隙要求。一种策略是通过阳离子工程和阴离子工程的协同效应，利用特定阳离子（如大体积有机阳离子）产生的晶格应变来固定卤素离子并防止其迁移[9]。另一种策略是开发新的卤素前体或添加剂，从前体溶液调节结晶过程，形成更均匀和稳定的卤素分布。Han等人通过引入三聚氰胺碘化物（MLAI）添加剂实现了宽带隙钙钛矿的均匀相分布：MLAI降低了目标钙钛矿相的形成能（从-3.21 eV/单位降至-3.76 eV/单位），使目标相更容易形成并抑制了异质相的沉淀。动力学调节：通过降低成核势垒（从0.42 eV降至0.12 eV）并延迟结晶过程，为形成均匀相提供了窗口。基于优化的顶部电池，串联设备的稳定效率达到了33.5%，开路电压为2.02 V，T90寿命超过了1100小时[36]。

尽管取得了显著进展，但相分离问题尚未根本解决，特别是在高光强度和长期工作条件下。这仍然是限制器件长期稳定性的关键瓶颈，需要开发更根本的材料设计策略或钝化机制。其次，组分均匀性和大面积制备之间的兼容性问题也很突出。实验室旋涂法制备的小面积薄膜具有均匀的组分，但当扩大到模块级别时，溶液法的干燥动力学会导致组分梯度，影响性能的一致性。

2.3. 钙钛矿薄膜的制备技术
钙钛矿薄膜的制备技术是实现高效钙钛矿/晶体硅串联太阳能电池的关键因素。不同的制备方法直接影响薄膜的形态、结晶度、覆盖率，最终影响器件性能。如图2所示，钙钛矿薄膜制备技术可以分为三类：基于溶液的方法、基于蒸汽的方法[51]（如共蒸发、顺序蒸发）和混合溶液-蒸汽方法[52]。基于溶液的方法包括旋涂、刮刀涂布、槽模涂布和喷墨打印。其中，旋涂在实验室研究中应用最广泛，尽管其材料利用率低且可扩展性差；刮刀涂布和槽模涂布更适合大规模生产。基于蒸汽的方法如热蒸发和化学气相沉积能够实现精确的厚度控制和高均匀性，特别适合在微米级纹理的硅基底上进行均匀覆盖。混合方法如蒸汽辅助溶液处理结合了基于溶液方法的简单性和基于蒸汽技术的可控性。本节系统地回顾了这些制备技术及其在串联器件中的应用进展，重点讨论了每种技术如何影响薄膜质量、界面性质和器件效率。图2. (a) 完全溶液过程，(b) 完全蒸发过程，(c) 蒸发-溶液混合过程。其中，完全溶液过程由于其低成本和简单操作而广泛采用，特别适合快速验证小面积实验室设备。结合反向溶剂工程[53,54]或真空闪蒸[55,56,57,58]，可以有效控制晶体成核和生长动力学，从而获得致密、大晶粒、低缺陷的高质量薄膜。完全溶液过程的效率最高，达到34.58%[28]。关于溶液方法的问题以及其在全纹理硅基底上的生长困难，已经取得了一些进展。Turkay等人使用SiO2-NP提高了硅基底的润湿性，使钙钛矿薄膜能够在尺寸达2 μm的硅金字塔上形成均匀薄膜（图3）。利用这种结构，钙钛矿-硅串联器件实现了33.28%的PCE[26]。通过使用钙钛矿组件（高铯含量宽带隙钙钛矿）和nc-Si:H TRJ的协同工程方法，Yu等人成功在全纹理SHJ底电池上制备了高度贴合且全覆盖的钙钛矿薄膜。这种串联电池实现了33.38%的显著光电转换效率（认证效率为32.94%），并创下了21.21 mA/cm2的短路电流密度记录[37]。溶液法的优点包括低成本、简单工艺和强兼容性，使其成为当前实验室和工业探索的主流途径，促进了串联太阳能电池效率的持续提高[59]。图3显示了全纹理SHJ底电池上溶液处理后的钙钛矿的横截面示意图、倾斜（10°）横截面以及顶视图扫描电子显微镜（SEM）图像[26]。刻度尺宽度为2 μm。气相沉积薄膜形成过程使用钙钛矿原料的蒸汽作为前驱体，并通过物理或化学方法将其沉积在硅基底表面，然后发生冷凝和结晶形成钙钛矿薄膜。该工艺具有薄膜均匀性好、厚度可控性强且无溶剂残留的优点，可以有效解决由溶剂残留引起的界面缺陷问题，适用于高精度串联太阳能电池的制备。目前，适用于串联太阳能电池的气相沉积薄膜形成工艺包括热蒸发法和化学气相沉积（CVD）法[60]。Hou等人使用双功能分子TFPTMS来平衡有机和无机组分的沉积速率，并基于蒸发法实现了31.3%的光电转换效率[18]。然而，这种方法存在设备成本高、制备效率低和原材料利用率低等问题，因此主要用于实验室中的高精度设备制备。蒸发-溶液混合工艺结合了气相沉积和溶液处理方法，为大规模和高性能钙钛矿吸收层的制备提供了有吸引力的方法，特别是在PSTSCs的复杂结构设计中。Werner等人首次将蒸发-溶液混合工艺应用于PSTSCs[44]。通过利用均匀的蒸汽支架和灵活的溶液化学性质，他们克服了与纹理基底和大面积均匀性相关的关键挑战。Luo等人利用MCl和MASCN在结晶过程中的协同效应，实现了更大晶粒尺寸和更高结晶度的更均匀钙钛矿薄膜沉积，同时减少了非辐射复合并抑制了陷阱密度和相分离。使用具有超过3 μm金字塔结构的工业双面纹理SHJ，效率达到了令人印象深刻的28.9%（活性面积为1.05 cm2），并且还证明了该策略与使用刀片涂布法的规模化工艺兼容，实现了25.1%的效率（孔径面积为16 cm2）[61]。然而，仍存在一些问题：(1) 必须仔细控制前驱体蒸汽与溶液盐之间的扩散和反应动力学，以避免未反应的支架或残留成分；(2) 为了扩展到大面积基底，仍需要均匀的液体表面控制、刀片速度优化和溶剂干燥管理。随着高效率报告的不断增加以及对工艺动力学的深入理解，混合沉积方法有望加速PSTSC从实验室向工厂的过渡[13]。

2.4. 缺陷钝化：从体材料到表面
钙钛矿/晶体硅串联太阳能电池的性能瓶颈主要源于非辐射复合损失。钝化技术，包括体材料钝化和界面钝化（图4），是抑制这些损失并提高器件开路电压（Voc）和填充因子（FF）的核心手段。图4显示了钙钛矿顶层电池的缺陷类型和钝化方法[62]。体材料钝化的目的是消除或钝化钙钛矿薄膜内部和晶界处的点缺陷，如未配位的铅离子（Pb2+）、卤素空位（Vx）和间隙离子[63]。这些缺陷作为肖克利-里德-霍尔（SRH）复合中心，显著缩短了载流子的寿命。当前主流的体材料钝化策略依赖于添加剂工程。小分子钝化剂（如路易斯碱化合物）通过其孤对电子与未配位的Pb2+配位，有效填充深层陷阱态。最新的进展体现在多功能钝化剂的设计上，这些钝化剂具有钝化、疏水性和晶格应变调节的能力[64,65]。Chen等人在钙钛矿前驱体中添加了两种添加剂MACl和MAH2PO2，显著改善了宽带隙（1.64–1.70电子伏特）钙钛矿薄膜的晶粒形态，从而提高了太阳能电池的光电流并降低了开路电压损失。MACl的添加增加了晶粒尺寸，而MAH2PO2通过钝化钙钛矿晶界减少了非辐射复合，这两种功能协同作用效果显著[66]。Yang等人使用了含有氟（-F）、羧酸（-COOH）和吡啶氮官能团的2-氟异烟酸（2-FNA）作为钙钛矿前驱体。这种三功能路易斯碱添加剂有助于钙钛矿层的结晶过程[67]。Yang等人使用N-卤代琥珀酰亚胺分子的卤素循环剂（HCAs）作为可持续稳定剂，以实现前驱体溶液和钙钛矿薄膜内的动态卤素平衡，从而阻断WBG钙钛矿在结晶和老化过程中的Br-/I-离子迁移路径[27]。值得注意的是，在宽带隙三卤化物钙钛矿中，高溴含量会加剧卤素空位的形成。因此，引入能与卤素离子强烈相互作用的阳离子（如胍离子[68]）已成为新的趋势。此外，Yang等人发现，在薄膜形成过程中溴富集相的优先成核是宽带隙钙钛矿不稳定的根本原因。在成核阶段，由于热力学优势，溴富集相优先形成，导致成分不均匀性，进而加速了卤素迁移和相分离。因此，他们引入了硫氰酸钾（KSCN）作为添加剂，实现热力学抑制和动力学阻滞的双重调节。K+增加了溴富集相的成核能垒，抑制了其优先成核，实现了碘和溴的均匀共成核。KSCN与晶界处的过量Pb反应形成2D钙钛矿相（APb(SCN)x，增加了离子迁移能垒，阻断了晶界处的离子迁移通道，使钙钛矿/硅串联太阳能电池的效率达到了33.08%（认证效率为32.52%），在户外运行540小时后性能稳定，并在连续最大功率点跟踪下实现了超过9700小时的T90寿命[38]。

在串联电池的内部界面中，钙钛矿/电子传输层（C60）界面尤为重要[69]。这种材料与钙钛矿界面之间存在较高的能量带偏移，导致电子提取困难并加剧了复合。此外，有机材料的热稳定性较差，容易引发界面退化。采用的界面钝化策略，如接触位移、化学钝化、表面电位均化和场效应钝化，促进了串联电池效率的快速提升[70]。其中，常用的LiF主要作为分流屏障层，其功能类似于之前在薄膜硅太阳能电池中使用的薄绝缘二氧化硅层，用于阻断分流路径并提高填充因子[21]。Er-raji等人通过功函数工程在钙钛矿/C60界面诱导了正偶极矩，将参考器件中的导带偏移（ΔEC,ETL）从180 meV降低到目标器件中的70 meV。关键突破在于深度场效应钝化，它将电子积累扩展到整个钙钛矿吸收层的体材料中，使吸收层的平均电子浓度从模拟的1 × 10^14增加到4 × 10^15 cm^-3。这显著提高了吸收层的导电性并减少了载流子传输损失，成为提高填充因子的主要驱动力。该器件实现了33.1%的最大光电转换效率（认证效率为31.6%）[34]。Li等人提出了一种涉及SbCl3-掺杂n型2D钙钛矿中间层的策略。通过用Sb3+替代PEAI基2D钙钛矿中的Pb2+位点，构建了具有缺陷钝化和界面电场调节的双功能中间层。这一解决方案解决了传统2D钙钛矿钝化层中由于量子限制导致的载流子传输受阻和能带不匹配问题。制备的钙钛矿/硅串联电池效率为33.10%（认证效率为32.56%[32]。

2.5. 为串联太阳能电池定制的空穴传输层
近年来，自组装单层（SAMs）通过加速空穴提取，相比传统的空穴传输层推动了性能突破[71,72,73,74,75,76]。SAMs由三个不同的部分组成：锚定基团、间隔基团和末端基团。SAMs的分类主要基于两个结构基元：锚定基团和功能头基团。锚定基团包括膦酸（最常用，例如Me-4PACz、MeO-2PACz）、羧酸（例如TPA-PA、MC-43）和氰乙酸（例如Cz-CA、MPA-Ph-CA），可以通过化学键在基底（通常是ITO或FTO）上形成超薄且均匀的空穴传输层（HTL），并钝化界面缺陷。SAMs的末端基团通常由功能头基团组成，包括咔唑核心（Cz，最常用）、三苯胺核心（TPA）、酞菁核心和氮杂螺环核心（例如A5HPA、A7HPA）[30]，这些基团可以通过调节界面能级、钝化界面缺陷、改善晶体质量来显著提高器件的性能和稳定性。它们的超薄特性最小化了传输损失，同时提供了均匀的覆盖和化学钝化，减少了界面非辐射复合。记录性能的钙钛矿/硅串联太阳能电池利用了基于膦酸的SAMs来提高空穴选择性。Wu等人通过采用D-A共平面共轭策略设计了RS-1/RS-2开放壳层分子，实现了稳定的分子内自由基离子对和高自旋浓度。开发的立体阻碍工程抑制了芳香环的分子堆叠，提高了溶液工艺性和组装均匀性。基于RS-2的钙钛矿-硅串联电池的认证效率为34.2%；在45°C下连续运行2000小时后，效率仍保持在97%以上；在85°C/60%湿度环境中运行960小时后，效率仍保持在92%[29]。Jia等人开发了一种新型不对称SAM分子HTL201。他们在咔唑核心的苯环侧链上设计了锚定基团（磷酸基团）和间隔基团，而不是使用传统的氮原子键合。其垂直配置减少了立体阻碍，增强了与TCO层的相互作用，并形成了更密集的单分子覆盖。同时，HTL201上生长的钙钛矿晶粒更大且排列更有序，有效钝化了界面缺陷。得益于界面非辐射复合的抑制和准费米能级分裂（QFLS）的增加，该器件的开路电压高达2.001 V，最佳器件的效率达到了34.60%（认证效率为34.58%[28]。

然而，基于SAM的空穴传输层面临的挑战在于超薄SAM层在粗糙基底上的覆盖不均匀和堆叠无序，这阻碍了空穴传输并加剧了非辐射复合[77,78,79,80,81]。此外，SAMs还存在化学分解、脱附和界面粘附力弱的问题（图5）。Yan等人通过设计具有非平面π-共轭系统的A5HPA和A7HPA，显著提高了分子对热老化、光和电氧化的内在稳定性。其中，A7HPA分子显著增强了分子间的π-π相互作用，从而构建了刚性的空穴传输层[30]。Luo等人通过Schiff碱反应设计了基于原位交联的HTL。通过引入含有氨基的4PACz-DM分子与醛基交联剂BPDA反应，形成了稳定的共价网络结构。这种交联结构不仅提高了分子层的热稳定性，还改善了钙钛矿界面的接触质量，增强了界面钝化效果和钙钛矿薄膜的均匀性。实验结果表明，使用这种交联分子接触层的串联电池在1平方厘米的面积上实现了超过34%的转换效率，并且经过认证的效率为33.61%。在65°C和AM1.5G光照条件下进行大约1200小时的最大功率点跟踪后，三个独立的设备仍然能够保持其初始效率的96.2 ± 1.7%，显著优于具有传统单体分子层结构的电池[35]。张等人使用二氧化硅（SiOx）纳米球在硅金字塔底部形成局部亚微米级接触，有效解决了在传统工业纹理硅表面上均匀覆盖SAM并沉积高质量钙钛矿的难题。这种设计不仅保持了硅基底的光捕获优势，还显著减少了界面复合损失并改善了载流子传输。通过优化SiOx纳米球的填充浓度（5 mg mL?1）和钙钛矿的带隙（1.67 eV），获得了电流匹配的串联设备，实现了33.15%的认证转换效率[31]。图5显示了SAMs（3PACz）对钙钛矿在老化过程中分解的影响以及提出的机制[30]。总之，宽带隙钙钛矿顶层电池的进展集中在解决带隙（约1.68 eV）、开路电压和相稳定性之间的权衡问题上。组成工程（多阳离子、三卤化物）和先进的钝化技术（体/晶界/界面）已将效率提高到34%以上，而自组装单层（SAMs）通过实现几乎无损耗的空穴提取和记录的Voc > 2.0 V，取代了传统的HTLs。然而，运行过程中的固有卤素分离、纹理表面上的SAM覆盖不均匀以及绿色溶剂加工的可扩展性仍然是未解决的瓶颈。

3. 驱动力2：重新构想的高性能硅底层电池
目前晶体硅底层电池的发展趋势是从高效率的实验室结构向工业兼容平台演变。目前，晶体硅底层电池的主要技术路线包括两种类型：SHJ和TOPCon（图6）[82]。其中，由于SHJ电池具有优异的表面钝化质量、高开路电压（Voc > 750 mV）和低温工艺兼容性，已成为构建高性能单片串联电池的首选。SHJ结构使用本征和掺杂的非晶或纳米晶硅薄膜来钝化晶体硅表面，有效抑制了表面复合，从而为串联设备提供了高电流和高电压的基础[83]。然而，TOPCon技术通过创新的策略（如正面纹理、双面钝化接触、先进的氢钝化技术和新的互连层设计）正在迅速赶上。其在串联电池领域的长期竞争力不容低估。不过，TOPCon电池的缺点在于正面的绝缘SiNx/AlOx钝化层。需要先去除该层，然后再沉积TCO，这引入了额外的光吸收和接触电阻，削弱了其原有的高电流优势。这一额外的修改过程也增加了工艺复杂性，并可能损坏硅晶圆表面。因此，在商业纹理的TOPCon硅基底上沉积均匀的钙钛矿薄膜非常困难，容易形成湿斑，导致薄膜覆盖不均匀。目前，王等人设计了一种不对称分子3-Me-4PACz作为新型互连层（ICL），用于修饰金属氧化物NiOx的表面。通过提高ICL的润湿性、均匀性和附着力，消除了湿斑，并在粗糙的硅表面上实现了钙钛矿的均匀生长。利用这种分子的大偶极矩，降低了界面能量差，提高了空穴选择性和电荷提取效率。钙钛矿/TOPCon串联电池在实验室中的效率达到了33.12%，认证效率为32.32%，创下了记录。开路电压高达2.023 V，认证值为2.015 V，是所有钙钛矿/硅串联电池中最高的[39]。钙钛矿/TOPCon串联电池的效率（约33%）仍低于钙钛矿/SHJ串联电池。界面能量损失、低电荷提取效率和较差的界面附着力等问题限制了它们的性能和稳定性。在最新进展方面，研究人员从多个维度对晶体硅底层电池进行创新和优化[84,85,86,87,88]。首先，在钝化质量方面，为了解决TOPCon结构中p型多晶硅（poly-Si）接触中硼掺杂不足导致的弱场效应钝化问题，丁等人开发了一种高度钝化的TOPCon底层电池，并通过基于AlOx的氢化等工艺显著提高了其开路电压，为实现高效率串联电池奠定了基础[84]。其次，在光学管理方面，为了克服在微米级金字塔纹理硅表面上均匀形成钙钛矿薄膜的难度，研究人员探索了亚微米或纳米级表面纹理策略。这种精细的纹理可以有效捕获光，增强红外响应，并为钙钛矿提供更平坦的生长基底，从而同时考虑了光学增益和薄膜质量[89,90]。第三，在互连层工程方面，传统的ITO基互连层存在溅射损伤和低温工艺限制等问题。因此，成功开发了一种新型的多晶硅隧穿中间复合层。它不仅避免了溅射损伤，还表现出优异的电学和光学性能，为高效和稳定的串联设备提供了关键支持[91]。总之，硅底层电池已经从被动红外吸收器发展成为串联设计中的主动伙伴。尽管由于优越的钝化和低温兼容性，SHJ仍然占据主导地位，但TOPCon最近通过使用不对称SAM中间层（3-Me-4PACz）实现了33.12%的认证效率，使得钙钛矿能够在粗糙表面上均匀生长。亚微米级纹理和多晶硅隧穿复合层进一步将光捕获与薄膜质量解耦。然而，基于TOPCon的串联电池的长期运行稳定性以及额外的加工复杂性（去除前部SiNx/AlOx）仍需进一步验证。

4. 驱动力3：全面的光学管理以实现电流最大化
光管理策略的核心目标是在整个光谱范围内最大化光子捕获和利用效率，同时最小化光损失。高效的光管理不仅可以提高Jsc，还可以通过优化光场分布间接提高Voc和FF，从而推动整体功率转换效率的持续提高。近年来，该领域的技术进步主要体现在三个方面：纹理表面工程、先进的抗反射涂层设计和针对串联电池结构特性的系统光学优化[92]。纹理表面是增强光捕获能力的基石。对于基于硅的太阳能电池，采用金字塔形或纳米级纹理表面可以有效减少正面表面的反射，并通过多次光散射延长光路径，显著增强近红外带的吸收。Harter等人表明，双面纳米级纹理硅表面不仅可以增加底层电池的光电流，还可以为顶层钙钛矿电池提供更均匀的入射光分布，从而提高电流匹配[93]。然而，这种粗糙的表面对钙钛矿薄膜的均匀沉积提出了重大挑战。为了解决这个问题，刘等人开发了一种蒸发和溶液相结合的两步混合工艺，在工业纹理硅基底上成功实现了高质量、无针孔的钙钛矿薄膜覆盖，确保了顶层电池在复杂三维结构上的完整性和均匀性[94]。这一技术突破使得将高效的光捕获结构与高性能顶层电池集成成为可能。
抗反射涂层（ARC）和透明导电氧化物（TCO）窗口层的设计[95,96,97]是另一个关键方面。在单片串联太阳能电池中，由于串联电池中空气/IZO（nair:nIZO = 1:~2）的折射率差异较大，入射光的反射需要更有效地抑制。自第一个串联太阳能电池文章以来，一直使用LiF抗反射层[19]。位于设备前端的ARC必须在宽光谱范围内（通常为300–1200 nm）实现最低的反射率。Albrecht等人使用LM箔制造了光管理箔，并将其附着在光入射侧，以减少反射损失[98,99]。应用LM箔后，Jsc提高了超过1 mA/cm2。通过精确控制Zn掺杂In2O3（IZO）等TCO材料的厚度和折射率，可以与后续功能层形成有效的光学干涉效应，进一步抑制反射损失。Kohnen等人开始尝试减少TCO的寄生吸收。他们验证了将顶部TCO电极的厚度减少到60 nm可以在抛光表面条件下使Jpero + si > 40 mA/cm2。然而，减薄IZO需要与金属栅线协调，并且需要平衡电阻率和遮光损失[100]。王等人通过低温原位退火（最佳温度为75 °C）提高了IZO的结晶度，减少了氧空位，平衡了导电性、透明度和机械稳定性。退火后，IZO的载流子迁移率增加到50.7 cm2·V?1·s?1，片电阻降低到100 Ω/□，光吸收减少。同时，结晶度的提高增强了机械韧性，减少了卤素扩散路径，提高了设备稳定性[40]。因此，系统光学模拟和协同设计是实现全局优化的关键。串联太阳能电池的光管理不仅仅是各个子电池的光学设计的简单叠加，而是一个需要全局优化的复杂过程。这包括精确调整顶层电池的带隙以实现最佳的光谱分割，优化互连层的厚度以平衡其光学透明度和电学性能，以及最小化每个功能层（如空穴传输层和电子传输层）的寄生吸收。例如，尽管互连层需要高导电性，但其材料可能在可见光区域吸收光，因此其厚度必须控制在光学死区内，或者使用破坏性干涉原理来抵消其吸收效应。先进的光学模型可以准确模拟多层薄膜系统中的光传播、干涉和吸收行为，为实验设计提供理论指导，确保整个太阳光谱从紫外线到近红外都能被两个子电池有效利用。此外，串联光伏设备的光管理策略必须全面考虑实际发电条件。现场操作环境与标准化实验室测试条件（AM1.5光谱、25 °C、正常入射）之间存在显著差异。具体来说：(i) 入射太阳光谱在时间、季节和大气条件下表现出明显的变化——例如，在日出/日落时呈现红移，在阴天条件下呈现蓝移——这直接调节了顶层和底层子电池之间的光电流比，从而导致电流不匹配和整体转换效率的显著下降。(ii) 在多云条件下或高纬度地区，漫射光与直射光的比率显著增加；由于漫射光主要是斜射的，针对正常入射优化的抗反射涂层和表面纹理会导致反射率升高，进一步扰乱有效光谱分布。(iii) 多个光学界面（包括封装玻璃、粘合剂中间层和子电池结）在光子传播过程中引入了累积的干涉和寄生吸收效应。(iv) 子电池的温度系数往往有很大差异（例如，钙钛矿顶层电池和硅底层电池表现出不同的dEg/dT值）；因此，窄带隙底层电池在高温下会加速光电流衰减，加剧电流不匹配，而不均匀的热分布可能会产生局部热点。(v) 对于双面串联模块，地面反照率对背面照明有显著贡献；然而，反射光的光谱组成随表面反照率特性而变化（例如，雪会产生富含蓝光的反射，而红砖会产生增强红光的反射），从而改变背面照明底层电池的光电流光谱权重。(vi) 在单结太阳能电池处于最大功率点运行时，由于几乎所有载流子都被有效提取，复合电流通常很小。然而，在串联太阳能电池中，子电池之间的电流不匹配会导致显著的复合，尤其是在顶层电池中。如果重组过程是辐射性的，那么顶部电池重新发射的光可以被底部电池吸收并利用，这种现象被称为发光耦合（LC）。这是单片串联结构中固有的、不可避免的物理过程[101]。综合这些因素，我们可以看出，对于串联电池来说，最佳的光管理应该针对不同运行场景下的年化电流匹配，而不仅仅是理想化标准测试条件下的峰值效率。总之，单片钙钛矿/硅串联结构中的光管理已经超越了在标准测试条件下最大化短路电流的目标。关键的进步包括用于光捕获的纹理表面（微/纳米金字塔）、抗反射涂层（例如LiF）以及优化的TCO层（例如IZO）以减少寄生吸收。然而，关键的见解是，实际效率取决于年能量产出，而不仅仅是实验室峰值性能。诸如光谱变化（黎明/黄昏时的红移、云层下的蓝移）、漫射/直射辐照度比、子电池之间的温差系数以及地面反照率（对于双面设计）等因素会导致动态电流不匹配。重要的是，发光耦合（LC）——即顶部电池的辐射重组为底部电池提供额外的光子——部分补偿了这种不匹配并稳定了输出。因此，最佳的光管理必须针对各种户外条件下的光谱鲁棒电流匹配，利用模拟和LC效应，而不仅仅是一个静态设计。

5. 结论与展望

总的来说，钙钛矿/硅串联太阳能电池（PSTSCs）效率的快速提升源于三个协同作用的因素：(i) 钙钛矿顶部电池材料和沉积过程的持续优化；(ii) 结构化晶体硅底部电池的改进钝化和光捕获能力；(iii) 整个串联堆栈的系统化光管理。这些综合努力已将单片PSTSCs从实验室规模推向了工业可行的门槛。然而，通往商业化的道路并非没有竞争。四端钙钛矿/硅串联模块[102]具有明显的优势：它们在电气上将两个子电池解耦，对光谱不匹配具有较高的容忍度，并在模块设计和应用场景中提供了更大的灵活性。当比较实际能量产出而不仅仅是标准测试条件下的效率时，两端串联电池对太阳光谱和入射角的变化更为敏感。在相同的标称效率下，四端模块通常能提供更高的实际能量输出。然而，这一情况并不简单。Kohnen等人的实验和理论工作表明，单片PSTSCs的填充因子（FF）随着电流不匹配的增加而增加，部分补偿了短路电流密度（Jsc）的损失，从而降低了功率转换效率（PCE）对光谱变化的敏感性[100]。最近，Nguyen等人发现的发光耦合（LC）效应进一步支持了单片设备的优势。钙钛矿顶部电池发出的超过85%的光子被硅底部电池重新吸收，产生了额外的光电流。这种子电池间的能量重新分配不仅提高了整体电流输出，还减轻了由波动的光谱条件引起的电流不匹配，增强了在实际户外和多变环境下的稳定发电能力[43]。因此，尽管四端配置提供了操作灵活性，但单片串联电池具有内在的光物理机制，部分抵消了其光谱敏感性——这一点在简单的比较中常常被忽视。

尽管取得了这些有希望的进展，但在实现大规模商业化方面仍面临几个严峻挑战：

长期稳定性和环境鲁棒性。宽带隙钙钛矿中的卤化物相分离和离子迁移问题——特别是在湿度、光照、热量和电场共同作用的情况下——尚未得到根本解决。户外现场数据显示，早期效率为25%的串联设备在高温和高光照强度条件下会迅速退化[103,104]。解决这一问题需要开发结合化学惰性和机械柔性的新型封装系统，并深入理解多应力耦合（例如同时的热循环和光照循环）下的失效模式。此外，自组装单层（SAMs）和其他界面层在运行条件下的稳定性仍需进一步研究。

制造兼容性和成本控制。钙钛矿顶部电池的溶液处理仍然主要依赖于在惰性或洁净室环境中的旋涂工艺，这种方法本质上浪费资源且难以扩大规模。向完全可打印、高产量的制造工艺（例如槽式涂层、刀片涂层或基于蒸汽的方法）过渡是必要的。同时，必须优先用绿色、低毒性的替代品替换有毒溶剂（如DMF和NMP），以满足环境和职业安全法规的要求。这些工艺与具有微米级金字塔结构的工业纹理硅晶圆的兼容性增加了复杂性，因为在这样的表面上实现无针孔的钙钛矿薄膜仍然非常困难。

标准化测试和认证。目前的效率记录主要是在严格控制的实验室条件下对小面积设备（约1平方厘米）进行测量的。对于大面积模块（≥100平方厘米），薄膜均匀性、串联电阻损失以及整个基底上的电流匹配等挑战成为关键的瓶颈。此外，国际电工委员会（IEC）尚未建立针对钙钛矿/硅串联太阳能电池的具体认证协议，包括光浸泡、热循环和反向偏压测试的指南。这种缺乏标准化阻碍了研究结果之间的可比性，并减缓了工业应用的进程。

此外，还有一些隐藏的挑战：大面积串联模块的可靠电气连接、具有高导电性和低寄生吸收的透明导电氧化物（TCOs）的可用性，以及含有铅的设备的寿命终结回收等问题尚未得到充分研究，但实际上非常重要。

展望未来，我们提出了几个优先的研究和开发方向：

材料创新：开发具有可调带隙（1.65–1.75电子伏特）和增强相稳定性的新钙钛矿配方。有前景的方法包括二维/三维（2D/3D）异质结构以抑制卤化物分离、应变工程以稳定钙钛矿晶格，以及利用构型熵实现热力学稳定的高熵组成。

原位过程表征：采用先进的原位表征技术——如基于同步辐射的掠射广角X射线散射（GIWAXS）、操作光光谱学和飞秒瞬态吸收光谱学——实时监测纹理硅表面上钙钛矿的结晶动力学。这些见解对于合理的过程优化和缺陷减少至关重要。

灵活和超薄串联电池：灵活且超薄的钙钛矿/硅串联电池的出现开辟了新的应用领域，包括建筑集成光伏、便携式电子设备和航空航天电源。然而，必须解决关键挑战：在弯曲应力下厚度降至30微米的硅晶圆上形成微裂纹、开发坚固的柔性透明电极，以及管理光吸收本就有限的超薄底部电池的光学问题。理解这种薄吸收体中的光吸收补偿机制对于在机械变形下保持高效率至关重要。

工业规模验证：学术界和工业界需要共同努力，建立试点生产线，开发针对串联设备的加速老化协议，并在多种气候条件下生成现场性能数据。只有通过这样的验证，实验室成果才能转化为具有商业可行性的产品。

总之，单片钙钛矿/硅串联太阳能电池已经达到了一个令人兴奋的阶段，效率已超过33%，但从打破记录的电池向可靠、成本效益高且可扩展的模块的转变需要材料化学、器件物理、加工工程和标准化的共同努力。本综述系统地分析了近期效率飞跃的关键因素，我们希望这里提出的见解和剩余挑战能指导未来的研究，最终使钙钛矿/硅串联光伏成为全球可再生能源组合的基石。