我科学家制备出高性能柔性叠层太阳电池，光电转换效率达 23.4%

IT之家 2 月 6 日消息，IT之家从西湖大学微信公众号获悉，该校未来产业研究中心、工学院王睿团队在柔性叠层太阳电池领域取得重要突破 —— 他们成功让钙钛矿与铜铟镓硒两种材料叠在一起，光电转换效率达到 23.4%。相关研究成果日前刊发在《自然・光子学》期刊上。

“这种柔性轻薄的叠层太阳电池，厚度仅相当于一根头发丝的直径，其未来有望应用于建筑、汽车、飞行器、柔性可穿戴设备等多个领域。”王睿介绍。

如果把单结钙钛矿太阳电池比作一块“单层蛋糕”，叠层太阳电池便是多层口味的。不同口味的蛋糕层对应不同的半导体材料层，每一层都能“捕捉”特定波长的太阳光。这样一来，它就能吸收比“单层”电池更广泛的太阳光能量，更高效地将太阳光转化为电能，从而突破单结太阳电池转换效率天花板。

得益于材料本身优异的光电性能和易于制备等特点，单结钙钛矿太阳电池的光电转换效率从 2009 年报道的 3.8% 迅速提升到目前约 27% 的纪录效率，和目前最高效的晶体硅太阳电池的效率相当，两者效率都已接近瓶颈。

王睿团队选择将钙钛矿与铜铟镓硒（CIGS）这两种材料进行叠层研究。

制备叠层太阳电池，如同在微观世界里做蛋糕，是个手艺活。这块“蛋糕”不仅有 15 层之多，而且对每一层的厚度、均匀性都有严格要求 —— 每一层最好不要有孔洞，不同层的制备往往需要使用不同的仪器设备，并对参数进行严格优化和控制。

2022 年，王睿实验室正式启动两端柔性钙钛矿 / 铜铟镓硒叠层太阳电池的研发工作。经过一年多尝试，铜铟镓硒基底上的钙钛矿薄膜依然布满孔洞，无法形成致密光吸收层，达不到预期效果。2023 年底，团队成员田柳文和王睿商量后决定，跳出之前一直使用同一种钙钛矿薄膜制备工艺的思维定式，在铜铟镓硒基底上尝试不同的钙钛矿薄膜制备工艺。

再次遭遇多次失败后，终于有一天，他们在电镜下第一次发现，其中一个样品具有均匀致密的钙钛矿表面形貌。此后，王睿团队通过优化钙钛矿层以及其他层的制备工艺，在两端柔性钙钛矿 / 铜铟镓硒叠层太阳电池技术上实现了快速突破，光电转换效率不断攀升。