27.5%效率纪录！钙钛矿–有机全薄膜叠层太阳能电池领域新突破
2025年6月25日，新加坡国立大学校长青年教授、Singfilm创始人侯毅教授团队在Nature期刊在线发表题为“Efficient near-infrared harvesting in perovskite–organic tandem solar cells”的最新成果。他们设计并合成了新型窄带隙非富勒烯受体P2EH-1V，基于此制备的钙钛矿–有机叠层太阳能电池在0.05 cm2面积下实现了27.5%的效率，1 cm2面积下达到26.7%（第三方认证效率26.4%），刷新了钙钛矿–有机叠层、钙钛矿–CIGS叠层及单结钙钛矿太阳能电池相同面积下的世界纪录。
叠层太阳能电池被公认为是突破单结器件理论效率极限的有效路径。近年来，研究者们已开发出多种基于宽带隙钙钛矿的叠层架构，如钙钛矿–硅叠层、钙钛矿–钙钛矿叠层等。在此基础上，有机光伏材料凭借带隙可调性和优异的近红外吸收能力，为钙钛矿薄膜叠层电池的高效化提供了重要的材料支持。然而，现有报道的钙钛矿–有机叠层太阳能电池效率仍低于其他类型叠层器件，主要受限于有机底电池在近红外波段的吸收及电荷传输效率，亟需开发性能更优异的窄带隙有机受体材料来突破瓶颈。
图片来源：新加坡国立大学
针对这一关键难题，新加坡国立大学侯毅教授团队设计并合成了新型窄带隙非富勒烯受体P2EH-1V。通过引入不对称共轭 π 桥结构，有效降低了分子光学带隙，同时避免 HOMO能级过高引发的能级失配，确保了与高性能给体材料的良好匹配，并有利于高效电荷生成。瞬态吸收光谱结果表明，该受体在器件中可实现高效空穴转移，能量损失分析进一步证明，不对称结构有助于在拓宽吸收范围的同时抑制非辐射复合。基于该材料制备的有机单结电池实现了28.6 mA/cm2的短路电流密度和17.9%的效率，表现出卓越的近红外响应能力。
在此基础上，侯毅团队博士后贾镇榕与博士生郭虓合作，将高效有机底电池与高性能钙钛矿顶电池结合，通过透明导电氧化物中间连接层构建了全薄膜叠层结构。最终，该钙钛矿–有机叠层太阳能电池在0.05 cm2面积下实现了27.5%的效率，1 cm2面积下达到26.7%（第三方认证效率26.4%），刷新了钙钛矿–有机叠层、钙钛矿–CIGS叠层及单结钙钛矿太阳能电池相同面积下的世界纪录。目前，侯毅教授团队在新加坡实验室持续攻关，钙钛矿–有机技术已具备突破30%器件效率的潜力。该研究还得到了杜晓艳教授、郝晓涛教授及尹新星教授团队的大力支持。
作为 NUS Spinoff 公司，Singfilm Solar正积极推动钙钛矿太阳能电池技术从实验室走向规模化量产与商业应用。这类柔性、轻质且高效的钙钛矿全薄膜电池在可穿戴设备、车顶太阳能系统、无人机及未来的边缘计算终端等场景中展现出巨大潜力，目前已率先为智能物联、智能家居、消费电子等领域的行业头部客户提供持续、分布式的绿色无线供能解决方案，助力打造下一代智慧能源生态。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09181-x
