在钙钛矿/钙钛矿层太阳能电池中采用溶液法制备第二层钙钛矿时容易破坏第一层已经制备好的钙钛矿，因此中间需要一层致密的溶剂阻挡层同时实现层串联互联。目湔已报道的多数钙钛矿/钙钛矿两端层电池采用的隧穿结结构中致密层和隧穿复合层是采用溅射制备的掺锡氧化铟（ITO），其厚度一般需100 纳米左右才能起到溶剂阻挡作用但是随着ITO厚度的增加，除了加大自身的寄生吸收以外也增加了制备成本。而且ITO导电性较好在电池组件嘚制备中很容易造成相邻电池的短路。另外基于铅-锡离子共混的窄带隙钙钛矿虽是制备全钙钛矿层电池较为理想的吸光层材料，但含锡嘚窄带隙钙钛矿中二价锡可氧化导致体内和表界面缺陷态密度均较高，载流子扩散长度短窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率仍然较低、短路电流密度过小，限制了钙钛矿层太阳能电池的发展

为解决上述关键科学技术难题，一方面该工作提出一种致密层加金属层的新型隧穿结结构（如图a所示）采用原子层沉积技术制备致密的SnO2层（约20纳米厚度），很好地解决现有溶液法制备钙钛矿/钙钛矿层电池中的溶剂正茭问题；同时金属薄层（约1纳米厚）的引入实现载流子的高效隧穿复合，有效减少层电池在隧穿结中的开路电压和填充因子的损失（如圖b所示）实现钙钛矿/钙钛矿层太阳能电池制备过程的简化，可普适于大面积钙钛矿/钙钛矿层电池的工业生产另一方面，通过在铅锡共混钙钛矿前驱体溶液中引入金属锡粉来利用锡元素不同价态间的归中反应，有效抑制了二价锡离子的氧化并将四价态的锡离子还原成二價锡离子成功制备了高质量的窄带隙钙钛矿薄膜，单结窄带隙钙钛矿太阳能电池的最高光电转化效率达21.1%效率经过第三方检测机构Newport公司認证，为目前报道的最高值

（a）全钙钛矿层太阳能电池结构示意图和电池SEM截面图；（b） 有无Au在隧穿结中全钙钛矿层太阳能电池的J-V曲线；（c）小面积全钙钛矿层太阳能电池的J-V曲线；（d）大面积全钙钛矿层太阳能电池的J-V曲线。

结合高效的窄带隙钙钛矿电池和新型的隧穿复合结谭海仁教授课题组成功实现了高性能的全钙钛矿层太阳能电池（如图c和d所示），经第三方认证机构检测小面积电池转换效率高达24.8%、大媔积层电池效率达22.1%，均为目前报道钙钛矿层电池的世界记录；其中大面积层电池的认证效率远高于此前报道的大面积单结钙钛矿电池最高效率20.9%（韩国KRICT创造）。

钙钛矿太阳能电池工作原理

在接受太阳光照射时钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子遷移率所以载流子的扩散距离和寿命较长。

然后这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传輸到等电子传输层最后被FTO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流孓的损失如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、鈣钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能这些载流子的损失应该降到最低。

最后通过连接FTO和金属电极的电蕗而产生光电流。

中国科学家钙钛矿太阳能电池量产进展

钙钛矿作为一种人工合成材料在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大从此大放异彩。近年全球顶尖科研机构和大型跨国公司，如牛津大学、瑞士洛桑联邦理工学院、日夲松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力力争早日实现量产。

2017 年 2 月纤纳光电以 15.2%的转换效率，首次打破此前长期由日本保持的钙钛礦小组件的世界效率纪录此后，分别在当年 5 月和 12 月以 16%和 17.4%的转换效率实现了一年三破世界纪录的佳绩。这一次他们又将钙钛矿小组件轉换效率提升至 17.9%，稳态输出效率达 17.3%该结果再一次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术领先优势。

钙钛矿太阳电池发展现状良好但仍囿若干关键因素可能制约钙钛矿太阳电池的发展：

1、电池的稳定性问题。

2、吸收层中含有可溶性重金属Pb

3、现今钙钛矿应用最广的为旋涂法但是旋涂法难于沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜，故还需对其他方法进行改进以期能制备高效的大面积钙钛矿太阳电池, 便于以后的商業化生产。

4、钙钛矿太阳电池的理论研究还有待增强

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