钙钛矿光伏材料（Perovskite photovoltaic, PV）太阳能电池展现出的太阳能转化效率接近商业化的单晶硅材料太阳能电池，此外，钙钛矿中在正常太阳能照射中不会发生俄歇电子复合。与GaAs或单晶硅太阳能相比，钙钛矿材料太阳能电池的填充因子较低（这是由阻抗和非辐射性复合导致的），但是这种损失的机理还不是特别清楚。为了测试外部开路电压、内部准费米能级分裂（quasi‐Fermi level splitting, QFLS），需要利用干净、不含电荷传输层的钙钛矿薄膜。此外，通过对不同组成的钙钛矿中不同强度的准费米能级分裂进行测试，能够解开（disentangle）电池界面和钙钛矿表面中在非辐射填充因子和开路电压损失的重要影响。

德国波茨坦大学的Martin Stolterfoht，德国霍姆霍斯研究所，英国剑桥大学的研究者合作发表了钙钛矿薄膜影响效率的各种因素，探索如何能够提高电池效率达到更高。作者认为，钾钝化处理的三组分阳离子钙钛矿薄膜可能实现> 28 %的电池效率。最后，作者展示了通过降低ideality factor和传输损失，实现提升热力学限制。

最近几年，钙钛矿半导体广泛应用于太阳能电池中的活性吸光层，光电二极管、光探测器等光电器件中。由于钙钛矿材料具有对缺陷的高容忍性，易于制备和成膜，其在和现有的单晶硅技术、CIGS技术以及全无机叠层太阳能电池中会有非常好的应用。最近几年，这些研究也加速了钙钛矿和各种太阳能技术结合的发展。比如，单晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的效率达到29.1 %。同时，大量的关于开路电压损失和各种电池测试技术（比如pump‐probe technique瞬态光学测试，impedance spectroscopy全电化学测试，photoluminescence spectroscopy稳态光学测试）得以开发，并通过这些方法研究界面复合、体相复合作用分别对开路电压的影响。目前，文献中报道显示开路电压损失达到60 meV，这个数值接近了理论值，并且这比单晶硅的数据高。但是目前关于开路电压的损失机理还不明确。填充因子用来解释三种电池性质，分别为电荷抽取性能、全电池欧姆电阻、器件非辐射复合因子。特别是，即使当电池的效率达到24.2 %，电池仍体现高达1.8的理想因子（ideality factor），这是影响电池工作效率的重要因素。此外，钙钛矿太阳能电池的内在电场建立方法还不是特别明确。目前，通过将理想因子降低至1的同时，保持开路电压，能够让单电池，甚至叠层电池的工作效率达到最大。

本文要点：

（1）对电池中的非辐射复合过程，对界面、电极对填充因子的影响，理想因子，全太阳能电池的工作效率有更加深入的理解。对多种不同能带结构钙钛矿中电荷传输、非辐射复合作用导致的填充因子损失进行了表征。发现对多种组成的钙钛矿，非辐射复合作用能引起5 %的填充因子损失。随后，对钙钛矿材料、钙钛矿界面层、钙钛矿和电极之间的接触问题理解，说明了这些具体因素如何影响填充因子。

（2）对钙钛矿薄膜潜在的效率（implied efficiency potential）如何提升开展进一步研究。对各种钙钛矿材料在一个太阳能照射作用的相关准费米能级分裂QFLS、理想因子进行比较。随后，对不同体系中不同功能层对电池工作效率的影响趋势进行探索。

参考文献

Martin Stolterfoht*; Max Grischek; Pietro Caprioglio; Christian M. Wolff; Emilio Gutierrez‐Partida; Francisco Peña‐Camargo; Daniel Rothhardt; Shanshan Zhang; Meysam Raoufi; Jakob Wolansky; Mojtaba Abdi‐Jalebi; Samuel D. Stranks; Steve Albrecht; Thomas Kirchartz; Dieter Neher

How To Quantify the Efficiency Potential of Neat Perovskite Films: Perovskite Semiconductors with an Implied Efficiency Exceeding 28%， Adv. Mater. 2020, 2000080. DOI: 10.1002/adma.202000080

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202000080