全钙钛矿叠层太阳能电池被视为下一代光伏技术的重要候选方案。相比单结器件，这类电池能够更高效地利用太阳光谱，并可通过低温溶液工艺制备，因此备受关注。然而，多组分钙钛矿薄膜在结晶过程中常出现不同区域晶体化不同步的问题，导致成分与结构分布不均匀，从而限制了器件的效率和长期稳定性。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）葛子义教授和刘畅教授团队提出了一种基于“化学硬度”调控的晶体化策略，用以精细控制全钙钛矿叠层太阳能电池的成核与生长过程。借助这一方法，研究人员在刚性叠层器件中获得了经权威认证的30.3%光电转换效率，在柔性叠层器件中则实现了28.0%的认证效率。相关成果发表在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

基于化学硬度的定向添加剂设计

为解决多组分钙钛矿晶体化不同步的问题，研究团队引入硬软酸碱（HSAB）理论，构建了一套添加剂设计思路。通过调控前驱体与添加剂之间的化学硬度匹配，他们筛选出适用于不同带隙钙钛矿的定向添加剂：

• 对于宽带隙钙钛矿，引入二氟（草酸）硼酸根离子（DFOB⁻）作为添加剂；
• 对于窄带隙钙钛矿，则选用四氟硼酸根离子（BF4⁻）。

这两类阴离子能够选择性地与前驱体中的特定组分配位，从而实现成核和晶体生长过程的同步调控。通过抑制垂直方向上的成分与相分布不均，薄膜整体的均匀性得到显著提升。

结构与光学表征结果表明，该策略不仅促进了均匀成核和均匀晶体生长，还有效抑制了卤素在结晶过程中的再分布行为，避免了由此引发的缺陷累积和应力集中问题。

效率与稳定性的同步提升

在上述化学硬度工程策略的加持下，单结器件性能得到明显改善：

• 宽带隙钙钛矿太阳能电池的效率由18.5%提升至20.1%；
• 窄带隙钙钛矿器件的效率则从21.6%提高到23.3%。

当将优化后的宽、窄带隙子电池集成到单片两端全钙钛矿叠层结构中时，刚性叠层器件实现了30.3%的峰值光电转换效率，开路电压达到2.16伏，填充因子为85.2%。

在稳定性方面，器件同样表现出优异的运行耐久性：

• 优化后的刚性叠层器件在最大功率点连续跟踪1000小时后，仍保持约92%的初始效率；
• 柔性叠层器件的效率达到28.2%（认证值为28.0%），在经历10000次弯折循环后，仍能维持约95.2%的初始效率。

面向可规模化轻量光伏的通用化学原则

该研究基于化学硬度与HSAB理论，提出了调控复杂组分钙钛矿体系晶体化行为的通用化学原则。通过定向添加剂实现成核与生长过程的同步与均匀，研究团队在不改变低温溶液工艺优势的前提下，同时提升了刚性与柔性全钙钛矿叠层太阳能电池的效率和稳定性。

这一策略为开发高效率、长寿命、可大面积制备的轻量化光伏器件提供了新的思路，有望加速全钙钛矿叠层太阳能电池从实验室走向实际应用。