2025年9月23日，沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）许富宗教授、Stefaan De Wolf教授团队在Nature Materials期刊上发表了题为“Stabilized perovskite phases enabling efficient perovskite/perovskite/silicon triple-junction solar cells”的最新成果。研究团队提出了一种适用于不同钙钛矿组分的通用稳定性与效率协同提升策略。研究团队引入 3-氨丙酸阳离子（3A⁺）修饰钙钛矿结构，其分子中的羧酸基团可与钙钛矿阳离子形成多重离子键和氢键网络，从而显著提升材料的相稳定性。

在追求更高能量转换效率的道路上，太阳能电池技术不断取得突破，对于降低度电成本和加速全球能源向可再生体系的转型具有深远意义。多结叠层太阳能电池因能更高效地利用太阳光谱，近年来受到广泛关注。尤其是基于钙钛矿/硅的两结串联结构，兼具市场成熟的硅电池与钙钛矿材料可调带隙、高吸收系数和低制备成本等优势，在实验室已实现超过单结 Shockley–Queisser 极限的效率，充分展示出巨大的技术潜力。相比之下，钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池的理论效率可达49.4%，远超两结器件。然而，其进一步发展受限于钙钛矿吸收层的稳定性，尤其是中间层与顶层所采用的中带隙和宽带隙钙钛矿材料，在光热条件下易发生相变与相分离，严重影响器件的稳定性与良率。

针对这一挑战，研究组提出了一种适用于不同钙钛矿组分的通用稳定性与效率协同提升策略。研究团队引入 3-氨丙酸阳离子（3A⁺）修饰钙钛矿结构，其分子中的羧酸基团可与钙钛矿阳离子形成多重离子键和氢键网络，从而显著提升材料的相稳定性。

具体而言，该晶格修饰策略显著提高了钙钛矿的相变势垒，并抑制作为离子迁移路径的弗伦克尔缺陷形成。相应地，~1.50 eV 中带隙钙钛矿的 α→δ相变，以及 ~2.0 eV 的光致相分离现象均被有效抑制（这两种钙钛矿分别对应三结电池中的中间层和顶层）。相关单结器件的光稳定性与热稳定性也得到明显提升。

在效率方面，该策略同样展现出优异性能。研究表明，羧酸基团还可与底部空穴选择接触层（单分子自组装单层 SAMs）形成强电子云耦合，显著促进载流子的界面传输，从而提升器件的填充因子和开路电压。通过缺陷钝化与界面调控的双重机制，多个代表性钙钛矿体系的单结器件性能均实现显著提升，涵盖：Sn–Pb 窄带隙钙钛矿、以 FAPbI₃为基础的中带隙钙钛矿，以及高溴含量的宽带隙钙钛矿。

最终，研究团队将该材料策略与精密的光学与电学叠层结构设计相结合，成功制备出面积达 1cm²、效率高达 28.7% 的钙钛矿/钙钛矿/硅三结串联太阳能电池，刷新该领域国际最高纪录，并展现出优异的工作稳定性，标志着钙钛矿基多结器件在效率与可靠性方面实现了重要突破。

此外，作为一种具有广泛通用性与可拓展性的材料设计策略，该方法未来有望推广应用于各类钙钛矿参与的单结和叠层结构，为钙钛矿光伏技术的商业化落地提供强有力的支撑。

图1：中层钙钛矿和顶层钙钛矿的相稳定性。

图2：钙钛矿薄膜的体相和界面性质。

图3：1-J钙钛矿太阳能电池的性能。

图4：钙钛矿/钙钛矿/Si 3-J太阳能电池的性能。

（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-025-02367-8