效率最高的钙钛矿/硅叠层太阳能电池由溶液法工艺制成，这种方法在实验室中行之有效，但在工业化生产线上却步履维艰，因为生产线更看重均匀性和可靠性，而不是一个创纪录的数字。热蒸发是半导体行业早已熟悉的技术，本应是可规模化的路线，但它始终撞上一堵墙：赋予钙钛矿最佳性能的甲脒碘化物会在蒸发所需的温度下分解。
由新加坡国立大学太阳能研究所（SERIS）牵头、天合光能担任产业合作伙伴的团队拆掉了这堵墙。他们在《自然》杂志上报告，合成了一种基于甲脒的低共熔物，将甲脒碘化物的有效蒸发温度平均降低36摄氏度，使其低于分解阈值。结果是在无热损伤的情况下实现稳定蒸发，薄膜结晶度提高、成分在原子尺度上均匀，并在商用硅片上首次制成热蒸发大面积钙钛矿/硅叠层电池。
关键数字
小面积器件在1平方厘米上达到31.5%的稳态效率。在商用200平方厘米半切G12硅片上，叠层电池达到30.0%。从1平方厘米放大到200平方厘米的代价是3.99%的相对效率损失，这是钙钛矿叠层电池中报告的最低值，也是蒸发工艺固有薄膜均匀性的直接回报。
可靠性历来是钙钛矿的短板，这次在应力测试中经受住了考验：器件在85摄氏度、相对湿度85%的条件下经过2000小时湿热老化后，仍保持初始效率的95%，户外运行两个月后功率损失可忽略不计。作者指出，这一里程碑的意义不仅在于效率，更在于证明一种与产业兼容的沉积方法能够承载这样的效率。
低共熔物为何是关键
甲脒碘化物是赋予甲脒基钙钛矿优异热稳定性和带隙的A位阳离子，其蒸发温度很高，在能够干净蒸发之前就会分解。低共熔物是一种熔点低于任一单独组分的混合物，它改变了热力学条件。通过形成甲脒基低共熔物，团队将有效蒸发温度降低了36摄氏度，使材料在沉积过程中保持在分解阈值以下。
材料的选择并非随意。这项工作顺应了向甲脒铯金属卤化物钙钛矿推进的大趋势，也基于这样一个观察：高温运行下的挥发性损失和阳离子偏析是稳定性的主要威胁。团队从源头解决了蒸发问题，使其余工艺环节（薄膜生长、界面工程、电池集成）表现得像一项成熟的制造技术。
意义何在
其意义在于工业层面。溶液法钙钛矿/硅叠层电池近年屡创头条效率，但生产线偏爱蒸发法，后者已用于成熟的光伏和显示行业，并且在大面积上能实现更好的厚度控制。这篇论文表明，两条路线之间的性能差距可以弥合，而且蒸发路线在面积放大方面具有优势。
叠层设计将钙钛矿电池叠放在硅电池之上，以捕获更多太阳光谱。在商用尺寸硅片上实现30%的效率，湿热稳定性达到2000小时，这项技术已经跨过阻碍钙钛矿叠层电池量产的三道门槛中的两道（性能和耐久性）。第三道门槛是大规模量产成本，而这正是蒸发法最受益于其工业成熟度的地方。
这项工作汇集了新加坡、中国和美国的研究者，包括新加坡科技研究局（A*STAR）旗下材料研究与工程研究院（IMRE）、北京大学、电子科技大学、中国科学院高能物理研究所、苏州大学，以及尹万健课题组进行的与加州理工学院相关的计算。论文以早期访问手稿形式发表，意味着在正式发表前还将进行最终编辑。
婷 翻译
来源
- Luo, C., He, R., Ran, L., Hu, J., Wang, Y. et al. “Thermally evaporated perovskite/silicon tandems via formamidinium eutectic.” Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10970-1