黄劲松团队AM柔性钙钛矿太阳能电池技术:从实验室到商业化的突破与挑战

来源:太阳能电池札记发布时间:2025-06-26 15:18:29

发展驱动力:市场对柔性太阳能电池的需求

(1)轻量化与灵活性

传统硅基太阳能板重量大、安装复杂,而柔性太阳能电池可弯曲、可折叠,适用于曲面和动态环境(如汽车、无人机等)。

(2)成本下降与效率提升

柔性钙钛矿太阳能电池的制造成本低于硅基电池,且效率已突破25%,未来仍有提升空间。

(3)政策支持与碳中和目标

各国政府推动可再生能源发展,如欧盟的“绿色新政”、中国的“双碳”目标,柔性光伏技术有望获得补贴和市场激励。

(4)新兴市场需求

非洲、东南亚等缺电地区需要分布式能源解决方案,柔性太阳能电池可用于离网供电系统。

(5)技术融合趋势

与储能(如柔性锂电)、智能材料(如自修复涂层)结合,柔性太阳能电池可拓展至更多创新应用。

太阳能电池技术更迭的历史洪流中柔性钙钛矿太阳能电池(f-PSCs)无疑是最耀眼的明星。黄劲松团队最新发表在《Advanced Materials》上的综述文章全面总结了这一领域的最新进展,揭示了柔性钙钛矿技术如何从实验室走向市场,以及在这一过程中面临的挑战和解决方案。作者分享给对柔性电池感兴趣的朋友。

效率突破:从6%到25.1%的飞跃

回顾柔性钙钛矿太阳能技术的发展历程,我们看到了令人惊叹的进步。2013年,Docampo等人首次在PET基底上报道了效率仅为6%的柔性钙钛矿太阳能电池。而到了2024年,Ren等人和Xu等人分别实现了25.09%和25.1%的效率,创造了新的柔性电池世界纪录,这一效率已经接近传统刚性基底钙钛矿太阳能电池的最高效率。更惊人的是,这种电池的厚度只有头发丝的1/10,却能产生每克20W的功率——相当于传统硅板的50倍功率重量比,结合柔性电池多应用场景的优势,展现了柔性技术的巨大潜力。

特别值得注意的是,在过去三年中(2021-2024),柔性钙钛矿电池的效率从21.7%迅速提升至25.1%,这种增长速度在光伏史上极为罕见。这种快速进步主要得益于对电荷传输层(HTL/ETL)的优化和钙钛矿添加剂的使用,这些添加剂能够填充晶界,改善界面接触,从而提高器件性能。

核心优势:轻量化与灵活性

柔性钙钛矿太阳能技术最显著的优势是其出色的功率重量比,这使其在建筑一体化光伏(BIPV)、建筑应用光伏(BAPV)和物联网等领域具有独特优势。与传统的硅基或刚性钙钛矿太阳能电池相比,柔性器件可以:

适应各种曲面和不规则表面

显著减轻系统重量

实现半透明或彩色的美学设计

便于运输和安装

文章指出,这种轻量化和灵活性为太阳能应用开辟了全新的可能性,从可穿戴设备到建筑外墙,从汽车集成到太空应用,柔性钙钛矿技术正在重新定义太阳能利用的方式。

材料创新:从基底到电极的全方位优化

实现高性能柔性太阳能电池需要整个器件结构的协同优化。文章详细分析了各功能层的材料选择和设计原则:

1. 柔性基底:主要分为三类

聚合物基底(PET、PEN):成本低、柔韧性好,但耐温性较差(<150°C)

柔性玻璃:耐高温但易碎

金属箔基底:耐高温但需要透明顶电极

2. 透明导电电极(TCEs):

ITO是最常用选择,但在柔性基底上沉积温度较低,导致结晶度和导电性下降

替代材料如PEDOT、石墨烯、金属纳米线等正在探索中。

3. 电荷传输层(HTL/ETL):

需要与柔性基底良好附着的均匀薄膜

引入界面层和添加剂显著提高了性能

4. 钙钛矿层:

分为全无机和杂化两类

添加剂工程是提高机械稳定性的关键策略

5. 顶电极:

蒸镀金属(Ag、Au)仍是主流,但存在卤素反应问题

可印刷电极(如碳电极)是未来发展的重要方向

规模化挑战:从实验室小面积到商业化模块

文章强调,将实验室小面积电池(通常<0.1cm²)的性能扩展到实用化模块面临多重挑战:

效率下降:从0.06cm²电池的25.1%效率降至900cm²模块的16.4%效率,主要由于:

薄膜不均匀性

欧姆损耗

死区损耗

薄层电阻损耗

制造工艺:

激光刻划(P1、P2、P3)在柔性基底上更复杂,需精确控制热效应

卷对卷(R2R)工艺是大规模生产的关键,但需要开发全溶液加工工艺

互连技术:

柔性模块需要承受机械弯曲带来的应力

替代激光刻划的机械刻划或掩模技术会影响几何填充因子和加工速度

稳定性测试:新标准与新挑战

稳定性是柔性钙钛矿技术商业化的关键瓶颈。文章提出了针对柔性器件的稳定性测试新标准:

机械稳定性测试:

ISOS-B:从平面状态到1mm弯曲半径的性能变化

ISOS-M:在固定弯曲半径下的循环测试

复合应力测试:

ISOS-TM:温度循环+机械弯曲

ISOS-LM:光浸泡+机械弯曲

值得注意的是,目前大多数研究仅报道小面积电池的稳定性数据,而模块级别的稳定性研究仍然匮乏。文章呼吁研究社区采用统一的测试标准,以便结果可比性。


封装技术:柔性器件的保护盾

柔性钙钛矿器件对水分和氧气更为敏感,因此封装技术尤为关键。文章总结了两种主要封装策略:

柔性层压:

使用聚合物材料(如聚烯烃)

适合卷对卷工艺

水汽透过率(WVTR)通常在0.01g/m²/day级别

薄膜封装:

采用ALD、CVD等技术沉积无机/有机多层结构

可达到10⁻⁴-10⁻⁶g/m²/day的超低WVTR

但需要高温高真空环境,与卷对卷工艺兼容性差

文章特别强调,除了传统的上下表面封装外,边缘密封和电极引出处的防护同样重要,这些部位常常是水氧渗透的主要路径。

商业化现状与未来展望

尽管面临挑战,柔性钙钛矿技术已开始走向市场。Saule Technologies等公司已经推出了钙钛矿电子货架标签和太阳能百叶窗等商业化产品。这些初期应用主要集中在BAPV和物联网领域,充分利用了柔性器件的轻量化和可弯曲特性。

文章指出,要实现与硅基太阳能技术的竞争,柔性钙钛矿模块需要在以下方面取得突破:

效率提升至23%以上

通过IEC 61215-61646标准测试

证明20年以上的长期稳定性

降低制造成本,实现规模化生产

作者团队预测,到2030年,效率17%的钙钛矿太阳能模块需要保持34年的使用寿命才能与硅技术竞争,这凸显了稳定性研究的重要性。

结语:充满希望的未来

柔性钙钛矿太阳能技术在过去十年取得了令人瞩目的进展,效率从最初的6%提升至25%以上,稳定性也从几小时提高到数千小时。随着材料科学、器件工程和制造技术的不断创新,这项技术正逐步从实验室走向产业化。

尽管在规模化生产、长期稳定性和标准化测试等方面仍面临挑战,但柔性钙钛矿技术独特的优势使其在建筑集成、可穿戴设备、物联网和太空应用等领域具有不可替代的价值。未来几年,我们有望看到更多柔性钙钛矿产品进入市场,为可再生能源领域带来新的活力。

这项技术的快速发展也提醒我们,科学创新没有终点。随着全球对清洁能源需求的不断增长,柔性钙钛矿太阳能技术有望成为未来能源结构中的重要组成部分,为应对气候变化和能源危机提供新的解决方案。

文献分享:

Transition of Perovskite Solar Technologies to Being Flexible.Luigi Angelo Castriotta,Md Aslam Uddin,Haoyang Jiao,Jinsong Huang

责任编辑:zhouzhenkun
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
中企在阿塞拜疆投资建设的大型光伏项目正式并网来源:新华社 发布时间:2026-09-23 08:55:35

由寰泰能源投资建设的阿塞拜疆戈布斯坦100兆瓦光伏电站于9月16日在巴库正式并网。该项目位于加拉达格区,安装约20万块太阳能电池板,配套建设一座110千伏升压站,年发电量预计达2亿千瓦时,可节约天然气约4500万立方米、减少碳排放约9.7万吨。作为中阿能源合作的重要成果,项目恰逢两国自2025年建立全面战略伙伴关系后务实合作深化期。阿塞拜疆总统阿利耶夫在并网仪式上肯定可再生能源合作成效,强调该领域已成为双边合作亮点,并表示欢迎更多中国企业赴阿投资绿色能源项目。此举亦契合阿方加速能源转型、提升绿色电力出口能力的国家战略。

东方日升 RisenFlex Nova 首批 pHJT CIC 电池成功下线!来源:东方日升新能源 发布时间:2026-09-22 10:13:55

东方日升于2026年8月29日成功下线首批pHJT CIC空间太阳能电池,具备轻量化、高转化效率与优异抗辐照可靠性。RisenFlex Nova系列支持尺寸定制,适配特殊环境,开放客户验证。后续将持续优化良率、效率与可靠性,加速产品迭代升级。

隆基与Innoptus Solar Team共赴ESC欧洲太阳能挑战赛来源:隆基绿能 发布时间:2026-09-22 09:39:06

隆基携手比利时Innoptus Solar Team征战2026年欧洲太阳能挑战赛(ESC)——全球唯一24小时太阳能车耐力赛。该队刚斩获2026年美国太阳能挑战赛(ASC)冠军,创欧洲车队历史首冠。双方联合研发BC高效光伏方案,直面极限能量管理与可靠性考验,展现光伏技术在真实场景中的突破与进化。

从高温高湿到干热沙尘,极电“创势”钙钛矿组件完成“双极境”实证大考来源:极电光能 发布时间:2026-09-21 09:55:43

本文报道了极电光能“创势”钙钛矿光伏组件在CTC国检集团海南(高温高湿、强辐照、高盐雾、多台风)和吐鲁番(干热、强风沙、极端高温达49.23℃)两大国家级户外实证基地完成的“双极境”实证测试结果。实证周期覆盖2025年12月至2026年8月,涵盖冬夏两季及多种复杂气象。数据显示,“创势”组件在两地均保持发电性能稳定,未出现明显衰减,平均系统效率(PR值)超90%;其弱光响应好、温度系数优异、防积灰与防热斑设计有效,展现出突出的湿热稳定性与干热沙尘环境适应性。该实证为钙钛矿光伏技术产业化提供了关键可靠性验证。

中国太阳能电池板出口在2026年8月下降39%来源:IDN 发布时间:2026-09-20 09:39:39

2026年8月,中国太阳能电池和电池板出口量同比下降39%,至84万吨;出口额达22.5亿美元,同比下降23.1%;出口数量约为9.249亿块,同比减少37.8%。尽管环比微增(较7月的83万吨略有上升),但这是在政府取消出口退税优惠政策后连续第四个月出现同比下降。作为全球最大的太阳能电池及组件生产国,中国此次出口持续下滑反映出政策调整对行业外贸格局的显著影响——出口激励弱化正推动出口节奏放缓、贸易结构面临重塑。数据源自中国海关统计,经路透社报道确认。

Alpex Solar在印度投产2.2GW TOPCon 电池厂来源:光伏情报处 发布时间:2026-09-20 09:32:30

Alpex Solar在印度北方邦马图拉正式投产一座2.2GW G12R TOPCon太阳能电池工厂,标志着其后向一体化战略的关键落地。该厂旨在增强本土电池产能,提升对印度市场的供应保障能力,并支撑公司覆盖光伏电池、组件、太阳能水泵、铝边框及EPC工程的垂直一体化业务布局。公司已在北方邦和中央邦建成多个生产基地,具备TOPCon、双面、单晶PERC及半片等多种技术路线的组件量产能力。为支持扩张,Alpex Solar已获印度本土工业机构21.5亿卢比(约2590万美元)投资,并于去年12月通过发行年利率14.75%的不可转换债券再融资12.5亿卢比(约1380万美元)。此举亦呼应印度ALMM清单中持续增长的电池产能备案趋势——截至2026年8月,全国备案电池总产能达35468MW。

1GW太阳能电池大单落地来源:索比光伏网 发布时间:2026-09-20 09:03:16

印度光伏企业Vikram Solar与Avaada Electro签署1GW太阳能电池供货协议,采购符合印度ALMM清单要求的n型G12R TOPCon半片电池,供货自2026年9月起,合同金额约125亿印度卢比(1.5亿美元)。该订单旨在满足印度DCR(本土制造含量)政策下组件生产的电池供应需求,增强Vikram Solar供应链稳定性。Avaada Electro将于2026年7月正式列入ALMM清单。目前,Vikram Solar正加速垂直一体化布局:其6GW电池工厂已投产,7月组件车间投运,2026年1月完成组件向G12R规格切换,4月全球组件累计出货超10GW;规划至2027财年末实现9GW电池产能,并持续推进硅锭、硅片扩产及9GW高效制造基地建设,预计2027财年第四季度投产。

国内首次柔性钙钛矿光伏组件级在轨验证启动来源:炎和科技 发布时间:2026-09-18 08:41:14

9月17日,我国在酒泉卫星发射中心成功发射快舟十一号遥三火箭,将天仪51星与52星送入预定轨道。其中,炎和科技自主研发的柔性钙钛矿光伏组件搭载天仪52星进入太空,正式启动国内首次组件级柔性钙钛矿光伏在轨工程化验证。该试验聚焦空间极端环境下的全工况考核,包括高真空、±100℃温度循环、高能粒子辐照及原子氧侵蚀等多因素耦合条件,重点评估组件在热循环疲劳、辐照退化和机械震动下的电学输出特性、连接可靠性与力学稳定性。所有核心性能参数通过星上遥测系统实时回传。区别于以往小尺寸器件的原理性验证,本次任务首次面向工程应用,覆盖电学、连接、力学三大维度,旨在填补国内商业航天领域柔性钙钛矿光伏在轨工程数据空白,标志该技术由实验室研究正式迈入工程化应用验证阶段。(198字)

“链”上发力!极电光能牵头大面积柔性钙钛矿生态型创新联合体成功获批来源:极电光能 发布时间:2026-09-17 09:49:03

近日,由极电光能牵头组建的“无锡市大面积高效柔性钙钛矿太阳能电池与装备技术创新联合体”成功入选2026年度无锡市生态型创新联合体拟建设名单。该联合体聚焦柔性钙钛矿光伏技术产业化瓶颈,如大面积制备、效率与稳定性协同提升及装备适配等共性难题,联合上下游企业、重点高校共同开展系统攻关。作为无锡市“链主”企业,极电光能依托“极创+”量产技术体系,已形成覆盖设计、设备、工艺到运维的全价值链整线解决方案,支撑技术快速向产线转化。此次获批标志着其角色从承担具体任务的技术攻关者,升级为统筹资源、组织协同的产业链创新引领者,旨在提升无锡钙钛矿产业创新集群整体竞争力。(198字)

通威太阳能联合阿里云举办“智能制造与AI创新之旅”跨行业交流活动来源:通威股份 发布时间:2026-09-16 09:03:47

通威太阳能联合阿里云举办“智能制造与AI创新之旅”,邀请白酒、医药、装备等多行业高管实地探访光伏智能产线,分享数字化转型实战路径与大模型赋能实践。现场聚焦AI落地痛点,开展跨行业圆桌研讨,展现制造业数智化转型新范式。

We Recycle Solar将在得克萨斯州建设首个端到端太阳能材料回收设施来源:indexbox 发布时间:2026-09-15 10:40:08

We Recycle Solar公司计划于2027年第三季度在得克萨斯州达拉斯附近建成美国首个端到端太阳能光伏材料回收设施,旨在实现退役组件中银、铜、硅、铝和玻璃等关键材料的本土化全链条回收与再加工。该商业规模工厂将采用专有工艺,每分钟处理一块光伏板,回收率达96%,并直接产出可供应美国制造业的再生材料,避免依赖海外冶炼或加工。公司指出,目前美国约90%的退役光伏组件被填埋或出口至亚洲,导致大量关键矿物流失;新设施将提升供应链韧性,尤其应对白银等正面临全球结构性短缺的战略资源需求。此举亦被置于中美关键矿产竞争背景下,强调保障国内清洁能源与人工智能、国防、电网等多领域供应链安全。