全钙钛矿串联太阳能电池(TSC)是一类由两个或多个吸收不同波长光的子电池组成的太阳能电池，所有子电池均由钙钛矿(具有能有效吸收光的特征晶体结构的材料)制成。这类太阳能电池因能比现有硅基太阳能电池更高效地将阳光转化为电能，被视为极具前景的能源解决方案。

然而，尽管全钙钛矿型硅基太阳能电池潜力巨大，但此前开发的大多数此类电池仅在尺寸较小时性能良好，尺寸增大后性能会迅速下降，这严重阻碍了其大规模生产和部署。

近日，武汉大学等中国科研机构的研究人员提出新策略，旨在提升全钙钛矿型硅太阳能电池(TSC)性能，且不受尺寸影响，以推动其未来商业化。他们在《自然纳米技术》杂志上发表的论文中，概述了制造此类电池的方法，该方法需使用吡拉西坦这一化学添加剂，以控制宽带隙钙钛矿晶体形成的初始阶段(成核)。

傅世强、周顺及其同事在论文中写道：“全钙钛矿TSC具有卓越性能和广泛应用范围，但弥合小面积和大面积(>1 cm²)器件之间的功率转换效率(PCE)差距仍是重大挑战，给其商业化带来巨大障碍。我们引入专门针对宽带隙钙钛矿的晶体改性剂吡拉西坦，它可使顶部宽带隙子电池均质化，让构建高效大面积TSC成为可能。”

吡拉西坦是一种分子式为C₆H₁₀N₂O₂的合成化合物，于20世纪60年代首次问世。在此项研究中，研究人员利用它作为晶体改性剂，控制钙钛矿晶体生长并消除不良残留化合物，进而提高全钙钛矿太阳能电池性能。

傅教授、周教授及其同事解释道：“吡拉西坦以酰胺和吡咯烷酮部分为特征，最初调节钙钛矿成核，从而形成大尺寸晶粒、优选(110)取向、增强的结晶度和均匀的光电特性。在随后的退火过程中，它进一步消除残留的PbI₂，并促进在晶粒边界和表面形成一维(Pi)PbI₃(Pi=吡拉西坦)钙钛矿纳米针。”

研究人员利用新方法合成了更光滑、高质量且缺陷更少、结晶度更高的宽带隙钙钛矿薄膜，并利用这些薄膜制作了小型和大型的TSC，在一系列测试中对其进行评估。

结果显示，“单结1.77 eV带隙太阳能电池的认证开路电压为1.36 V，PCE为20.35%。”此外，“单片双端全钙钛矿TSC，孔径面积分别为0.07 cm²和1.02 cm²，PCE分别为28.71%(稳定态28.55%，认证态28.13%)和28.20%(稳定态28.05%，认证态27.30%)，表明从小面积器件过渡到大面积器件时，PCE损失仅为0.51%。”同时，“吡拉西坦在不同钙钛矿组合物中表现出广泛适用性，对于单结1.56 eV带隙对应物，PCE从23.56%提高到25.71%。”

这项最新研究凸显了吡拉西坦作为晶体改性剂在改善太阳能电池宽带隙钙钛矿薄膜质量方面的潜力。未来，傅教授、周教授及其同事所采用的方法有望助力全钙钛矿型硅基太阳能电池取得进步，在规模化生产过程中提升其性能，推动其广泛应用。

更多信息：Shiqiang Fu等，《吡拉西坦塑造宽带隙钙钛矿晶体，用于可扩展的钙钛矿串联结构》，《自然纳米技术》(2025)。