钙钛矿太阳能电池的带隙范围通常在 1.1 eV 至 2.3 eV 之间，且具有高度可调性，这一特性使其能够适应不同光照条件和应用场景的需求。以下是对其带隙范围的详细说明：

一、带隙范围的核心特点

1. 窄带隙（<1.3 eV）

• 光吸收能力：可吸收更长波长的光（包括可见光和近红外光），适合低光条件下的应用，如室内光伏、电子设备充电等。

• 典型材料：含锡（Sn）的钙钛矿材料（如 MASnI₃），带隙可低至 1.23 eV，光谱响应扩展至 1060 nm。

• 挑战：窄带隙材料（尤其是含锡材料）可能存在稳定性问题，如二价锡离子易氧化导致薄膜缺陷，影响器件性能。

2. 宽带隙（>1.6 eV）

• 光吸收能力：在可见光范围内吸收减少，但能吸收高能光子（如蓝光），减少光生载流子的热能损失。

• 典型材料：通过卤素混合（如 Br/I 替换）或阳离子调控（如 Cs/FA/MA 混合）实现宽带隙，范围通常为 1.65 eV 至 1.80 eV。

• 优势：具有较高的开路电压和稳定性，适合作为叠层电池的顶电池，与窄带隙底电池结合可提高整体效率。

二、带隙可调性的实现方式

钙钛矿材料的带隙可通过以下方式精确调控：

1. 卤素混合：替换 X 位元素（如 I、Br、Cl），改变材料的光吸收特性。例如，用 Br 替换部分 I 可使带隙蓝移（增大）。

2. 阳离子调控：替换 A 位元素（如 MA⁺、FA⁺、Cs⁺），通过离子半径差异引起晶格畸变，从而调整带隙。例如，Cs 掺杂可增大带隙，而 FA 掺杂可减小带隙。

3. B 位元素替换：用 Sn 替换部分 Pb 可降低带隙，但需解决稳定性问题。

4. 维度工程：通过构建低维结构（如二维钙钛矿）调整带隙，但可能牺牲电荷传输性能。

三、带隙对光电性能的影响

1. 理论效率极限：单结太阳能电池的最优带隙范围通常为 1.3 eV 至 1.4 eV，此时能平衡光子吸收数量和电压输出。钙钛矿材料可通过调控带隙接近这一最优值，从而提高理论效率。

2. 开路电压（Voc）：带隙越大，Voc 越高，但过大会导致电流密度（Jsc）降低。宽带隙钙钛矿电池的 Voc 可超过 1.2 V，接近理论极限。

3. 光谱响应范围：窄带隙材料可扩展光谱响应至近红外区，提高弱光条件下的性能；宽带隙材料则适合强光条件下的高效转换。

四、应用场景与带隙匹配

1. 单结电池：带隙在 1.3 eV 至 1.4 eV 的钙钛矿材料可实现单结电池的高效转换，目前最高效率已突破 26%。

2. 叠层电池：

• 顶电池：采用宽带隙（1.65 eV 至 1.80 eV）钙钛矿，吸收高能光子。

• 底电池：采用窄带隙（1.2 eV 至 1.6 eV）钙钛矿或硅基材料，吸收低能光子。

• 效率提升：通过叠层结构，可突破单结电池的效率极限，目前全钙钛矿叠层电池效率已达 23.8%，钙钛矿/硅叠层电池效率超过 27%。

五、研究进展与挑战

1. 效率突破：通过带隙调控和工艺优化，钙钛矿电池的效率已接近理论极限。例如，宽带隙钙钛矿电池（1.68 eV）的效率可达 21.5%，窄带隙电池（1.23 eV）的效率可达 6.4%（无铅体系）。

2. 稳定性问题：窄带隙材料（尤其是含锡材料）的稳定性仍需改进，而宽带隙材料的长期稳定性已显著提升。

3. 大规模生产：绿色溶剂系统（如 DMSO/ACN/EtOH 混合溶剂）的开发，为钙钛矿电池的大规模生产铺平了道路。