我科学家在柔性叠层太阳电池领域取得重要突破

本报北京2月5日电(记者晋浩天)西湖大学未来产业研究中心、工学院王睿团队在钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池领域取得重要成果。该团队将宽带隙钙钛矿用于制备四端叠层和两端柔性叠层电池分别获得了30.13%和23.41%的光电转换效率，成为该类叠层太阳电池目前报道的最高效率值，填补了我国在这一技术领域研究发文的空白。研究论文日前发表于国际学术期刊《自然·光子学》，也是全球第一篇关于此类柔性叠层太阳电池研究的子刊及以上论文。

王睿表示，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年的3.8%迅速提升到目前约27%，和目前最高效的晶体硅太阳电池的效率相当，但两者效率都已接近瓶颈。

把两种不同的太阳电池上下叠在一起，效率会不会更高？这是摆在王睿团队面前的一道考题。“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。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。”王睿解释。

但制备叠层太阳电池，是个手艺活。王睿说，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。“总之，光是把这一层层‘蛋糕’依次完好地叠起来，就已经足够复杂。况且，光叠在一起还不够。在两端叠层太阳电池中，上下层的电流大小要能匹配起来。”

为此，王睿团队经过多年尝试探索，终于找到了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突破，最终获得了23.41%的光电转换效率。更难得的是，这是一种柔性轻薄的叠层太阳电池，其厚度仅相当于一根头发丝的直径，有望在未来应用于建筑、汽车、飞行器、柔性可穿戴设备等不规则表面，实现其在日常工作状态下的电力供给，如为新能源汽车、无人机等提升里程续航，为商业卫星提供成本更低的电力来源等。