近日,我国科学家的一项突破解决了一个重大的设计挑战:将光滑的钙钛矿层粘合到更粗糙的 CIGS 衬底上,从而推动了柔性太阳能技术的发展。
新技术使用智能溶剂作和种子层来提高附着力、效率和耐用性。其结果是柔性串联太阳能电池在功率输出方面可与刚性模型相媲美,并且可以弯曲数千次而不会损失太多性能。这可能是制造超高效、轻便太阳能电池投入实际使用的转折点。
通过更好的附着力提高太阳能电池效率
研究人员开发了一种通过改进顶层和底层粘合在一起的方式,使柔性叠层太阳能电池更加高效和耐用。
该设计的核心是铜铟镓硒 (CIGS),这是一种广泛使用的半导体,以其可调谐的带隙、强光吸收、对温度变化的低敏感性和出色的长期稳定性而闻名。这些特性使 CIGS 成为下一代叠层太阳能电池底层的理想材料。
在柔性叠层太阳能电池中,钙钛矿(一种高效的光吸收材料)的顶层与 CIGS 底层配对。这种组合为轻质、高性能太阳能电池板提供了巨大的潜力。然而,CIGS 层的粗糙质地使得很难在顶部沉积高质量的钙钛矿薄膜,这对商业发展构成了主要障碍。
改善层粘合的巧妙策略
在今天(4 月 18 日)发表在《自然能源》杂志上的一项研究中,由科学院宁波材料技术与工程研究所 (NIMTE) 叶继春教授领导的研究小组开发了一种创新的反溶剂晶种策略,以增强钙钛矿顶部电池在粗糙表面上的性能。
科学家们分离了自组装单层 (SAM) 吸附和溶解的过程,同时整合了钙钛矿种子。他们利用高极性溶剂来防止溶解过程中 SAM 聚集,而低极性溶剂作为反溶剂,促进吸附过程中形成致密的 SAM。此外,预混合的种子层提高了钙钛矿的润湿性和结晶度,确保了对基材的强粘附力。
打破柔性太阳能电池效率的记录
凭借这些创新,该团队制造了 1.09 cm² 的柔性单片钙钛矿/CIGS 叠层太阳能电池。与顶级刚性同类产品竞争时,该器件实现了令人印象深刻的 24.6% 稳定效率(认证为 23.8%),这是迄今为止柔性薄膜太阳能电池的最高报告值之一。
在 1cm 半径下运行 320 小时和 3,000 次弯曲循环后,该设备保持了其初始效率的 90% 以上,表现出卓越的机械耐用性和长期稳定性。
迈向商业太阳能突破的飞跃
这一成就为开发高性价比、高性能的柔性叠层太阳能电池铺平了道路,推动了叠层太阳能电池技术的商业应用。
参考资料:2025 年 4 月 18 日,Nature Energy。
DOI: 10.1038/s41560-025-01760-6