當(dāng)太陽能電池既能高效轉(zhuǎn)化光能，又能隨意彎折、輕薄如紙，光伏應(yīng)用的邊界將被徹底打破。一項(xiàng)發(fā)表于《自然》雜志的研究，通過創(chuàng)新的“雙緩沖層”設(shè)計，成功制備出效率高達(dá)33.4%、可反復(fù)彎折4.3萬次的柔性疊層太陽能電池，為可穿戴能源、建筑一體化光伏等領(lǐng)域帶來革命性突破。

一、研究背景與挑戰(zhàn)

鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池因其超越單結(jié)電池的理論效率極限，成為下一代光伏技術(shù)的研究熱點(diǎn)。然而，柔性疊層電池在彎折過程中易發(fā)生界面剝離，尤其在后續(xù)濺射沉積透明電極時，離子轟擊會加劇材料損傷，嚴(yán)重影響器件的機(jī)械穩(wěn)定性和使用壽命。

二、研究亮點(diǎn)

首次提出“致密/疏松”雙緩沖SnO?層策略，兼顧電荷提取與應(yīng)力釋放;

小面積(1 cm2)電池認(rèn)證效率達(dá)33.35%，大面積(260 cm2)組件效率達(dá)29.8%，創(chuàng)柔性光伏紀(jì)錄;

功率重量比高達(dá)1.77 W/g，遠(yuǎn)超現(xiàn)有柔性電池;

經(jīng)4.3萬次彎曲、250次冷熱循環(huán)后，效率仍保持97%以上，具備極強(qiáng)機(jī)械與環(huán)境穩(wěn)定性。

三、核心機(jī)理

研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控原子層沉積過程中的吹掃時間，制備出兩種結(jié)構(gòu)迥異的SnO?層：

致密SnO?層(吹掃10秒)：具有良好的電荷提取與界面鈍化能力，保障高效率;

疏松SnO?層(吹掃2秒)：呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，可有效吸收濺射與彎折過程中的應(yīng)力，防止界面剝離。 雙層協(xié)同作用，既保護(hù)底層鈣鈦礦與C??層，又維持高效電子傳輸路徑。

四、機(jī)理驗(yàn)證與對比實(shí)驗(yàn)

剝離實(shí)驗(yàn)顯示，疏松SnO?層樣品的粘附功比致密層高5倍;

微觀應(yīng)變分析證實(shí)，疏松層顯著降低鈣鈦礦薄膜的內(nèi)應(yīng)力;

光致發(fā)光成像表明，雙緩沖層器件在彎曲后仍保持均勻發(fā)光，無界面退化;

認(rèn)證效率經(jīng)NREL與Fraunhofer ISE雙重驗(yàn)證，效率與穩(wěn)定性均達(dá)行業(yè)頂尖水平。

五、總結(jié)與展望

本研究不僅突破了柔性疊層太陽能電池的效率與耐久性瓶頸，更展示了一種通用性強(qiáng)的界面應(yīng)力管理策略，適用于多種柔性光電器件。未來，該技術(shù)有望推動：

可穿戴電子設(shè)備的自供電系統(tǒng);

輕型化、可卷曲的光伏發(fā)電產(chǎn)品;

建筑表面一體化柔性光伏組件。 這項(xiàng)成果標(biāo)志著柔性光伏技術(shù)正式步入“高效率+高可靠”并重的新階段。

參考文獻(xiàn)

Fang, Z. et al. Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer. Nature (2025).

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