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單片鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池超過了單結太陽能電池的功率轉換效率極限，但面臨操作穩定性的挑戰。

2025年11月20日，電子科技大學賈春陽、羅軍生、新加坡國立大魏明楊、So Min Park在Science在線發表題為“A cross-linked molecular contact for stable operation of perovskite/silicon tandem solar cells”的研究論文，該研究開發了一種用于鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池穩定運行的交聯分子接觸策略。

該研究發現填充因子減少是最先進的串聯架構中的一個關鍵性能損失模式。揭示了廣泛使用的空穴選擇性分子接觸，這提高了串聯電池的性能，經歷了破壞電荷傳輸的熱降解。在高溫下，由于熱誘導無序，常規單體接觸的電阻增加了約6倍。為了穩定界面結構，我們引入了基于席夫堿鍵的原位合成的交聯分子接觸。一平方厘米的鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池實現了超過34%的功率轉換效率(33.61%的認證)，三個獨立的設備在65°c的AM1.5G照明下經過約1200小時的最大功率點操作后，保持了96.2±1.7%的初始性能。

單片串聯太陽能電池包括晶體硅(c-Si)底部電池和寬帶隙(wide~1.68 eV)鈣鈦礦頂電池以具有競爭力的成本克服了單結太陽能電池的肖克利-奎塞極限。鈣鈦礦/硅串聯的認證功率轉換效率(PCEs)已經達到34.6%，但是它們有限的運行穩定性帶來了持續的挑戰。例如，報告的最高PCE器件(PCE > 33%)在室溫下以最大功率點(MPP)運行時表現出性能下降。

WBG鈣鈦礦中的固有離子遷移和光誘導相分離被認為是限制串聯電池穩定性的關鍵因素。然而，幾個單結WBG鈣鈦礦太陽能電池(PSC)已經證明了在高溫下有希望的運行穩定性，與最先進的串聯裝置形成對比。這些改進主要源于通過成分工程、添加劑結合和界面工程實現的鈣鈦礦膜中增強的整體和界面性質。

熱老化降低了單體4PACz自組裝膜的電荷傳輸（圖源自Science）

在這項研究中，研究人員追蹤了在加速老化條件下最先進的鈣鈦礦/Si串聯體的電流密度-電壓(J-V)特性，以闡明它們的降解機制。統計分析顯示，性能損失主要與FF退化相關，表明主要的運輸退化。然后，測量了通過空穴選擇性自組裝膜的電荷傳輸，并觀察到與接觸失效相關的熱暴露時電導率的空間均勻下降。為了加強不穩定的單體自組裝膜，利用席夫堿化學來證明由可交聯的結構單元原位聚合接觸。這種方法最大限度地減少了空穴選擇性接觸的熱降解，提高了電性能，抑制了非輻射復合，最終使鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池能夠在65°c的高溫下穩定工作。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ady6874