陈永胜院士&李永舫院士团队：26.49%！钙钛矿/有机叠层太阳能电池通过增强光吸收与最小化能量损失实现

Perovskite/Organic Tandem Solar Cells with 26.49% Efficiency via Enhanced Absorption and Minimized Energy Losses

Bing Guo†, Jiaqi Li†, Ruihan Wu†, Haozhe He, Senyao Wang, Longyu Li, Wenkai Zhao, Jinyuan Zhang, Lei Meng*, Guankui Long, Zhaoyang Yao, Xiangjian Wan, Yongfang Li, Yongsheng Chen*

Nano-Micro Letters (2026)18: 186

https://doi.org/10.1007/s40820-025-02037-z

本文亮点

1. 理论指导材料匹配：通过半经验模型系统分析，筛选出宽带隙钙钛矿前电池(~1.88 eV)与窄带隙有机后电池(~1.33 eV)较为理想的组合，为实现高效叠层器件奠定基础。

2. 创新形貌调控策略：首次引入异丙醇(IPA) 作为后电池活性层的共溶剂添加剂，协同传统添加剂DIO，精细调控有机活性层的体异质结形貌，形成更有序的互穿网络结构，增强EQE响应并减小电压损失。

3. 高效叠层器件实现：最终制备的钙钛矿/有机叠层太阳能电池获得26.49% 的光电转换效率(认证25.56%)，开路电压达2.214 V，处于目前公开报道中该类器件的领先水平。

研究背景

叠层太阳能电池通过叠加多个活性层设计有效拓宽光谱吸收范围，是实现高效光伏转换的重要技术方向。在众多叠层结构中，钙钛矿/有机叠层太阳能电池结合了钙钛矿材料高吸收系数、高载流子迁移率以及有机材料能带易调控、溶液加工性好等优势，展现出独特的应用潜力。然而，相比于效率已突破30%的钙钛矿/钙钛矿叠层电池，钙钛矿/有机叠层器件的性能仍有一定差距，其主要瓶颈在于有机后电池吸收范围有限、外量子效率偏低、能量损失较大。因此，如何通过材料选择与形貌调控协同优化，实现前后子电池的高效匹配与低损失运行，成为该领域亟待解决的关键问题。

内容简介

南开大学陈永胜院士、中国科学院化学所李永舫院士/孟磊研究员首先构建半经验模型，系统评估了钙钛矿/有机叠层太阳能电池的效率潜力与关键影响因素。模型指出，在保证高外量子效率(EQE)与低能量损失的基础上，拓展后电池的吸收边至~1100 nm，是突破30%效率极限的关键路径。当材料吸收边固定时，子电池的EQE和开压损失对叠层器件性能影响显著。在材料选择方面：前电池采用组分优化的带隙约为1.88 eV的宽带隙钙钛矿，与后电池吸收实现良好互补。后电池选用高效有机体系PM6:BTP-eC9，其吸收边约930 nm，兼具较高的EQE响应与较低的电压损失。为进一步提升有机后电池性能，研究团队创新性地在活性层溶液中添加异丙醇(IPA)作为共溶剂添加剂。研究发现，IPA的引入可调控溶液挥发动力学，通过两步顺序形貌重构，促进分子有序堆积，优化给受体垂直分布，从而显著增强电荷产生、传输与收集效率。基于IPA优化的单结有机太阳能电池效率从19.12%提升至20.10%。得益于前后电池的协同优化与良好的电流匹配，最终叠层器件实现了26.49%的高效率与2.214 V的高开路电压。这一形貌控制策略为提升钙钛矿/有机串联太阳能电池的光伏性能开辟了新途径，同时这一策略对有机/有机串联太阳能电池以及单结有机太阳能电池的性能提升同样具有借鉴意义。

图文导读

I 半经验模型分析与材料筛选

半经验模型指出，提升红外吸收、提高EQE、降低开压损失是突破效率瓶颈的关键。

图1. 钙钛矿/有机叠层太阳能电池效率潜力分析。

II 子电池性能优化

共溶剂添加剂IPA的引入显著提升后节子电池的光伏性能。

图2. 前后子电池材料结构与器件性能。

图3. IPA添加剂对激子与电荷动力学的影响。

图4. 后节子电池活性层形貌与垂直分布表征。

III 叠层器件性能

图5. 钙钛矿/有机叠层器件结构与光伏性能。

IV 总结

本研究通过理论模型指导材料筛选与溶剂添加剂调控形貌相结合的策略，成功实现了高效率、低电压损失的钙钛矿/有机叠层太阳能电池，效率达26.49%，开路电压为2.214 V。研究不仅展示了一条通过形貌工程优化叠层电池性能的有效路径，也为后续开发更高性能叠层器件提供了重要借鉴。

未来，通过进一步设计合成吸收边接近1100 nm的高性能超窄带隙有机受体材料，并结合更高EQE、更低开压损失的器件工程，钙钛矿/有机叠层太阳能电池的效率有望突破30%，展现出广阔的应用前景。

作者简介

郭冰

本文第一作者

南开大学博士后

▍主要研究领域

有机、钙钛矿光伏材料与器件。

▍主要研究成果

郭冰，南开大学博士后，合作导师：陈永胜院士。博士毕业于苏州大学，导师：李永舫院士。德国卡尔斯鲁厄理工学院公派联培。围绕有机/钙钛矿光伏材料与器件，在Adv. Mater., Nano-Micro Lett., Adv. Funct. Mater.等期刊上累计发表SCI论文50篇，其中以第一作者和通讯作者身份发表论文15篇，被引3000余次，H-index为28。主持国家自然科学基金和省部级项目共计4项，获2023年低碳国际会议DeCarbon Young Scholar Award。担任Carbon Neutrality期刊青年编委。申请中国发明专利9项，已授权5项。

▍Email：bguo@nankai.edu.cn

孟磊

本文通讯作者

中国科学院化学研究所研究员

▍主要研究领域

有机、钙钛矿光伏材料与器件。

▍主要研究成果

孟磊，中国科学院化学研究所研究员。孟磊在美国西北大学获得硕士学位，美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)获得博士学位，于2018年10月加入中国科学院化学研究所有机固体实验室，担任研究员和博士生导师，入选国家高层次人才。孟磊从事的研究包括有机、钙钛矿光伏材料与器件，至今以第一作者和通讯作者在Nature，Nat. Photon.等期刊发表SCI论文100余篇，他引12000余次。

▍Email：menglei@iccas.ac.cn

李永舫院士

本文作者

中国科学院化学研究所研究员

▍主要研究领域

聚合物太阳能电池光伏材料和器件，导电聚合物电化学。

▍主要研究成果

李永舫，高分子化学家，中国科学院院士，中国科学院化学研究所研究员，苏州大学材料与化学化工学部特聘教授、博士生导师。主要从事聚合物太阳能电池光伏材料和器件、导电聚合物电化学和半导体纳米材料等方面的研究，在Nature等期刊发表SCI研究论文500多篇，国内外学术会议大会报告和邀请报告90多次。发表论文已被他人引用10万余次，H-index为151。1998年获人事部授予中青年有突出贡献专家称号，1995年获国家自然科学奖二等奖(第二完成人)，2005年获北京市科学技术奖一等奖(第一完成人)，2012年获美国化学会授予高分子学术报告奖，2013年获北京市科学技术奖一等奖(第一完成人)，2018年获国家自然科学奖二等奖(第一完成人)。

▍Email：liyf@iccas.ac.cn

陈永胜院士

本文通讯作者

南开大学特聘教授

▍主要研究领域

碳纳米材料、有机功能材料及其在能源转化与存储等方面的应用。

▍主要研究成果

陈永胜教授任天津市特聘教授，南开大学特聘教授，南开大学纳米科学与技术研究中心主任。2025年11月陈永胜教授当选中国科学院院士。陈永胜教授一直致力于碳纳米材料、有机功能材料及其在能源转化与存储等方面的研究。他至今已在包括 Science/Nature (共5篇，通讯2篇)，Science/Nature子刊(共13篇，通讯11篇), JACS/Angew (共41篇，通讯26篇)，Adv. Mater.(共36篇，通讯24篇)等杂志发表论文500余篇。他引8万余次，共40篇论文入选ESI高被引论文，H-index为 130。于2014-2024年间连续11年入选科睿唯安全球高被引科学家。获授权发明专利37项。作为第一完成人分别获得2018年国家自然科学二等奖和2010年天津市自然科学一等奖。先后主持承担国家重点研发计划、国际科技合作计划、973计划课题、863计划项目、国家基金委重点项目等多项国家级项目；目前担任《Carbon》、《Energy Stor. Mater.》、《Sci. China Chem.》、《Sci. China Mater.》等期刊的编辑/编委。

▍Email：yschen99@nankai.edu.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2024 JCR IF=36.3，学科排名Q1区前2%，中国科学院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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