惊人！一天两篇Nature，苏州大学突破柔性太阳能电池关键技术，达到实用水平 | 光锥读论文

太阳能板不再是笨重的玻璃板，而是像画卷一样展开，像布料一样折叠，是能贴在任何弯曲表面上的“发电膜”，这一愿景，正被中国科学家以惊人的速度变为现实。

11月10日同一天，《自然》发表了两篇来自中国科研团队的突破性研究。它们像一对“双子星”，共同将柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池推向了兼具超高效率、极致柔韧和非凡稳定的全新高度。这两项工作的共同通讯作者、苏州大学的张晓宏教授领衔的团队，与合作伙伴们从不同路径出发，殊途同归，为解决同一个世界性难题提供了完美的“中国方案”。

第一篇：薄如蝉翼，柔如丝绸，突破光电转换33.6%效率大关

第一篇论文标题为Flexible perovskite/silicon tandem solar cells with 33.6% efficiency（柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池实现33.6%转换效率），研究团队成功研制出全球效率最高的柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池，其光电转换效率高达33.6%，甚至略微超过了其自身的刚性对照器件，极大缩小了与主流刚性电池的性能差距。

这项研究由苏州大学、苏州实验室、中国科学院等多家单位合作完成，通讯作者为苏州大学张晓宏和杨新波，以及沙特阿卜杜拉国王大学的Stefaan De Wolf教授。

三大技术突破

1.“夹心层”的革新：ICO:H 复合层

在叠层电池中，上下两层电池之间需要一个“夹心层”来传递电荷。传统材料（如ITO）表面不够“亲和”，导致电荷传递不畅，效率受限。

研究团队使用了一种名为 “RPD沉积的铈氢共掺杂氧化铟” 的材料（简称ICO:H）。它表面有更多活性位点，能像“魔术贴”一样牢牢吸附一层有机分子膜（Me-4PACz），大大提升了电荷复合效率。X射线分析证实，这种材料上的分子覆盖更均匀、更致密，从而提升了电池的电压和稳定性。

图说：高效钙钛矿/硅叠层太阳能电池的器件结构（a）、微观结构与元素分布（b、c）

2. “透明电极”也柔韧：原位退火IZO

电池最外层是一层透明电极，负责收集电流并透光。传统透明电极脆性大，一弯就裂。

团队开发了 “原位退火” 工艺——在沉积氧化锌铟薄膜时，适当加热至75°C，使其结晶更完整，缺陷更少。这不仅提升了导电性和透光性，还显著增强了材料的抗弯折能力。经过5000次弯曲测试，传统电极电阻飙升，而他们的电极几乎完好如初。

3. “超薄硅底”与“双面纹理”

他们将硅片从通常的120微米减薄至65微米，比头发丝还细，并在其表面制造出微米级纹理。这种结构不仅增强了光的捕捉能力，还让钙钛矿层能更好地附着生长，形成致密、均匀的晶体。

性能如何？——数据说话

• 效率：认证效率33.6%，开路电压高达2.015 V，均为柔性叠层电池中的世界纪录。

• 柔韧性：在弯曲半径17.6毫米下弯折5000次，仍保持91% 的初始效率。

• 稳定性：在持续光照下工作2000小时后，效率仍保持80%以上；在高温高湿环境中1000小时后，效率保持90%。

图说：从物理柔韧性（a）→弯曲对电性能的影响（b）→机械力学强度（c）→光照下长期发电稳定性（d）→湿热环境耐久性（e），系统性地验证“柔性设计”是否在保留器件柔性的同时，保障了光电性能与环境稳定性

这项研究从材料本源出发，致力于提升每个功能层的本征性能，探索了柔性电池的效率极限。“然而要实现产业化，仅有效率还不够，必须解决大面积制备和长期机械可靠性的难题。另一篇《自然》论文则从器件结构入手，给出了漂亮的答案。

第二篇：大面积制造，抗糙耐造，产业化临门一脚

第二篇论文题目为Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer（采用双缓冲层结构的柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池），他们成功研制出全球首款大面积、高效率、高柔韧性的钙钛矿/硅叠层太阳能电池，其认证效率高达33.4%，即使在面积扩大至260平方厘米的“晶圆级”尺寸上，效率仍保持在29.8%，创造了柔性叠层太阳能电池的新纪录。

这项研究由苏州大学与隆基中央研究院合作完成，通讯作者包括张晓宏、刘江等人。

破局关键：“三明治”中间的“双缓冲层”

实现高效率的柔性太阳能，尤其是将两种钙钛矿和硅，结合在一起形成“叠层电池”，如何在极薄的硅片上，让每一层材料都紧密贴合，并在反复弯折、冷热交替中不裂开、不脱落，是一个几乎不可能完成的任务。

研究团队发现，问题的症结出现在钙钛矿与硅之间的“夹心层”——尤其是C₆₀与SnOₓ（氧化锡） 的界面。这个界面在传统工艺中非常脆弱，就像两张光滑的纸叠在一起，一受力就容易“脱胶”。

他们是如何解决的？

“疏松层”吸收应力，“致密层”导通电流”

团队创新地设计了一种 “双缓冲层”结构：

第一层是“致密”的SnOₓ，像一层坚固的底漆，保证电流高效通过；

第二层是“疏松”的SnOₓ，像一个柔软的缓冲垫，能吸收后续工艺中离子溅射带来的冲击，防止下层材料受损。

调控“吹气时间”，控制薄膜松紧

在制备SnOₓ薄膜时，他们通过控制原子层沉积设备中的 “吹气时间” ，巧妙地调节了薄膜的疏松程度。吹气时间越短，薄膜越疏松多孔；时间越长，薄膜越致密平整。电镜图像清晰显示，疏松的SnOₓ表面起伏不平，能有效分散应力。

疏松的SnOₓ层具有更高的表面能和更多的悬挂键，能与上层的C₆₀形成更强的物理互锁和化学键合，从而显著提高了界面粘附功。

胶带测试见真章

研究人员用最直观的 “胶带剥离测试” 来验证界面强度。结果令人振奋：使用双缓冲层的样品，其界面粘附力是传统结构的近5倍，即使反复撕扯也不易分层。

图说：钙钛矿电池的多层堆叠设计

性能与韧性兼具：数据说话

高效率：小面积（1 cm²）认证效率达33.35%；大面积（约260 cm²）认证效率29.8%，远超传统单结硅电池的理论极限。

超强柔韧：在弯曲半径42毫米下，经历4.3万次弯折后，效率仍保持97.4%以上，几乎无衰减。

环境稳定：在-40°C至85°C的热循环中、85°C/85%湿度的湿热测试中，性能保持率均超过94%，通过了最严苛的工业标准测试。

这两篇同时发表于Nature的论文，从“材料”与“结构”两条路径上协同，相辅相成。

第一篇像一个 “全能型优等生”，通过两项核心材料创新（ICO:H复合层和原位退火IZO电极），展示了柔性叠层电池的性能天花板可以有多高，几乎追平了刚性电池的效率，为整个领域树立了新的标杆，其创新集中在上游材料。

第二篇则像一个 “问题解决专家”，精准地识别并解决了柔性叠层电池产业化中最关键的“界面分层”问题，通过“双缓冲层”结构，实现了无与伦比的机械耐久性和大面积制备能力。其创新体现在中游工艺和结构设计端。高达4.3万次的弯曲寿命和晶圆级尺寸的演示，明确地传达出，高效柔性光伏不再是实验室的玩具，它已经具备了走向市场的雏形，几乎可以认为是产业化的宣言。

一个可以“卷起来”的绿色能源未来，正加速来到我们面前。

编辑：吴欧

论文信息（第一篇）

发布期刊 Nature

发布时间 2025年11月10日

论文标题 Flexible perovskite/silicon tandem solar cells with 33.6% efficiency

(DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09849-4）

论文信息（第二篇）

发布期刊 Nature

发布时间 2025年11月10日

论文标题 Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer

(DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09835-w）