能源需求问题正在发生剧烈的变革，光伏发电技术是近年来的研究热点，尤其是在新型光电材料领域的研究，各种各样的突破更是层出不穷。

比如说，南京大学谭海仁带领的研究团队，此前就在全钙钛矿叠层太阳电池领域取得了新的突破。根据他们的研究，面积为1.05c㎡的全钙钛矿叠层太阳电池，稳态光电转换效率已经达到了28.2%，这刷新了该尺度全钙钛矿叠层太阳电池的世界纪录。

这项突破意味着什么？具体的研究情况又是怎样的？要回答这两个问题，得先来看一下全钙钛矿叠层太阳电池的基本概念是什么。

一个是材料，一个是概念

钙钛矿叠层太阳电池这个词语分为前后两部分，钙钛矿指的是一种材料，而叠层太阳电池则是一种概念。

简单来说，钙钛矿材料是一种新型的光电材料，在光伏发电技术领域能够用来制造太阳能电池板。它最大的特点是光吸收性能更好，综合效率更高，所以在光伏领域近年来得到了广泛的关注。

除此之外，钙钛矿材料制备工艺很简单，成本也更加低廉，意味着可以大规模的批量生产和使用，成为重要的光伏器件。

而在现实应用中，钙钛矿太阳电池发展很迅速，这种电池的认证率已经从原来的3.8%提升到了26.81%，可以说已经达到了硅太阳电池的效率水平，未来的应用前景很广阔。

那为什么又会提出叠层太阳电池的概念呢？这是为了提升电池的性能，同时降低太阳电池平准化度电成本。而且叠层太阳电池的概念还在1994年的时候就被提出来了。

简单来说，就是将能够吸光的材料按照从大到小的顺序进行叠合，在这个过程中充分利用太阳光谱，降低高能光子的热化损失，提高太阳能利用率和电池效率。

叠层太阳电池既是一种概念，也相当于是一种对光伏材料的排序方式，利用这一点是为了提高太阳能的转化效率，从而降低光能的损失。

那么，将钙钛矿材料和叠层太阳电池的概念结合在一起，就是一种光伏材料的排列组合方式。而围绕这一领域展开的研究，本质上是为了提高太阳能的转化效率。新一个问题又出现了，什么又叫做全钙钛矿呢？实际上，全钙钛矿，也就是钙钛矿，这两种概念没有本质区别。

国家能源局此前明确指出，要大力开展钙钛矿高效叠层电池制备以及产业化生产技术的研究。正是在这种大背景下，包括南京大学谭海仁带领的研究团队在内，其他国内大学的一些研究组，也都在进行全钙钛矿叠层电池技术的研究。

发现问题并找到了解决方法

谭海仁率领的团队近年来在该领域一直在取得突破。2019年的时候，光电转化效率突破了24.8%，到了2022年又进一步提升到了26.4%，2023年达到了28%，2024年则进一步达到了28.2%。也就是说，过去几年这是一项连续性的突破成就。

虽然有突破，但是过去几年的研究主要是围绕小面积全钙钛矿叠层太阳电池展开的，而在大面积全钙钛矿叠层太阳电池领域，其光电转换效率与小面积的产品仍然存在很大差距，这也就制约了钙钛矿叠层电池的产业化。

可以这样理解，此前的研究只局限于理论层面，相关的试验产品只是在有针对性的进行光电转换，对于实际应用还没有什么太大的价值。而要实际应用的话，生产出来的产品面积势必要大很多，能不能达到同等的光电转换效率，这就成了最大的制约。

在具体的技术层面，这种制约主要体现在功能层的不均匀成膜领域，这直接限制了大面积全钙钛矿叠层电池性能的提升。

怎么解决这个问题呢？现在主流的研究方向是进一步优化空穴传输层，同时调控钙钛矿体结晶，这样一来就能够提升大面积成膜的均匀性，从而避免出现此前的情况。

但是根据上述方法，研究人员在前期的试验中依旧发现，哪怕有所改善，可大面积器件和小面积器件的性能差距依然很大。换句话说，即便有了解决的办法，还是不能够达到更高的转化效率。

采取的具体措施是什么？

既然找到了问题的所在，那么研究人员又具体采取了怎样的措施呢？谭海仁团队的解决方案是，在钙钛矿和电子传输层之间引入了多种插入层分子，然后使用大面积光致发光图像研究了薄膜的均匀性。

因为此前的问题根源就是不均匀，怎么能够提升均匀性就是关键。发布的研究结果显示，表面经过4-氟苯乙胺氯处理后的钙钛矿均匀性得到了显著提升。

与此同时，另一种分子 4- 三氟甲基苯胺氯可以有效增强器件的电流。也就是说，4- 氟苯乙安氯和 4- 三氟甲基苯胺氯这两种分子成为解决问题的关键。

研究团队具体是这样操作的，混合了两种分子，然后产生了一种处理溶液，在这个基础上开发出了一种定制的二维钙钛矿插入层，这样就能够优化和解决钙钛矿器件在电子传输层界面处的均匀问题，以及转换性能了。

听起来是不是很复杂？那就举一个不太精确的例子，就好比你在刷墙，墙体的结构和你买到的刷墙材料不能很好的结合，怎么办呢？于是你就在刷墙材料中添加了新的成分，有效解决了这个问题，刷墙之后不但干的很快，而且很牢固。

研究成果得到了国际权威机构的认证

南京大学谭海仁团队的研究，在全钙钛矿叠层太阳电池领域的情况正是如此，通过引入新的混合分子，然后插入其中，改善其整体的性能，既解决了均匀性问题，也提升了传输效率。

在研究的过程中，研究团队进一步解决了特性和作用机制问题，也就是说在理论上回答了：为什么使用新的混合分子就能够解决问题。

通过对比实验发现，使用了定制的二维钙钛矿作为插入层的大面积宽带隙单节器件的平均效率由原来的17.5%，提升到了18.7%，最终实现了28.5%的转化效率，意味着在面积扩大的情况下没有发生明显的电流损失。

这项研究成果已经得到了国际权威机构的第三方认证，在当下的研究领域属于最高的转换效率，有效促进了全钙钛矿叠层太阳电池的产业化进程。相关的研究结果，也被收入到了国际权威的太阳能电池世界纪录效率表中。

此外，美国国家可再生能源实验室此前发布的最新版最佳太阳电池效率表中，也收录了谭海仁教授团队创造的6项世界纪录。这些研究成果对接下来的产业化应用都有很大的帮助。

未来的应用状况

目前，全钙钛矿叠层太阳电池的研究还在持续进行之中，全世界范围内也还没有真正进行商业化的应用，整体所运用到的材料以及研究的方向也存在差异。

但最终的目标都是为了提高光能转化效率。此前在这一领域的研究分别达到的最高转化效率分别是19.4%、23.87%以及27.1%，效率在不断提升也证明了它的价值。

不过问题需要一个一个的去解决，现在的主要研究都集中在效率提升上，未来可能转向稳定性的研究。因为实际应用的话，不光要追求效率，还要追求稳定性和安全性，如果后者得不到保证，即便它的转化效率再高，实际应用也有很大难度。

因此也可以这么说，目前在这一领域的研究是在为未来的光伏产能布局。我国是目前世界上光伏产能最大的国家，不但拥有最大的产能，而且拥有完善的产业体系。

未来要想在这一领域持续保持优势，自然就得不断提升技术，不断提升太阳能的转换效率，这样才能够保证产业优势持续存在。

至于说最新研究的商业化问题，除了要解决全部的技术难点外，接下来需要考虑的就是产业成本。研究投入的成本和产业成本一定要达到合适的比例，才能够保证接下来的应用可以顺利推动下去。

简单来说，就是前期的研究投入不能够太多，这样才能保证在接下来的应用和批量生产成本不高。好在钙钛矿这种材料价格低廉，不管是在研究还是在应用领域都不会推高成本。

所以，只要技术问题得到了彻底的解决，接下来的商业化应用就只是时间问题了。就目前的情况来看，新产品的应用不久就要到来。

结语

能源问题在接下来的世界是很重大的，各国都在推动能源转型，传统的石化能源正在一步一步让位给电能和太阳能，尤其是对太阳能源的利用，目前既有光伏产能，还有其他领域的研究。

总体上来看，目前光伏产能是对太阳能利用最大的一块，既要解决转化效率问题，又要解决转化的稳定性，最后还要解决太阳能转化成电能之后的储存问题。这些情况都是一整个系统，未来随着能源转变的深度推动，一些老的问题正在被攻克，新的情况也会随之出现。

所以这是一个长久的变化，目前在全钙钛矿叠层太阳电池领域的研究只是一个开端和起点。