苏州大学杨新波&张晓宏&阿卜杜拉国王科技大学De Wolf最新Nature:认证33.6%创柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池纪录

来源:先进光伏发布时间:2025-11-12 16:23:58

论文概览

钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池作为新一代光伏技术的代表,通过将宽禁带钙钛矿顶电池与晶硅底电池相结合,实现了对太阳光谱的更有效利用。刚性叠层电池的效率纪录不断被刷新,从

2013年的13.7%一路攀升至2025年的34.9%,然而柔性叠层电池的发展却始终滞后,此前最高效率仅为29.88%。本研究采用超薄(约65μm)可弯曲的硅异质结底电池,在其亚微米纹理结构上共形生长钙钛矿顶电池。电池结构设计巧妙,通过反应等离子体沉积的Ce/H共掺氧化铟复合层和原位退火的Zn掺杂氧化铟前透明电极的协同作用,实现了效率的大幅提升。其认证光电转换效率达到33.6%,开路电压创下2.015 V的纪录,性能指标已与刚性器件相当。在机械柔韧性方面,该电池表现出卓越的耐受性:在17.6 mm弯曲半径下经过5000次循环测试后,仍能保持91%的初始效率。在稳定性方面,器件展现出全方位优势:在连续光照条件下,T₈₀寿命(效率衰减至初始值80%所需时间)超过2000小时;经过1000小时苛刻的湿热环境测试后,仍能维持90%的初始光电转换效率。

技术亮点

1.反应等离子体沉积(RPD)Ce/H共掺氧化铟(ICO:H)复合层

采用反应等离子体沉积技术制备的Ce/H共掺氧化铟(ICO:H),在界面特性上实现了质的飞跃。ICO:H不仅具备超高载流子迁移率和低沉积损伤等优异本征特性,更在界面工程中发挥关键作用:其表面提供更丰富的锚定位点,显著增强了自组装单分子层(SAM)的吸附强度与覆盖密度。

2. 原位退火Zn掺杂氧化铟(IZO)前透明电极

在掺锌氧化铟(IZO)前端透明电极的沉积过程中引入同步低温退火工艺,显著提升了IZO薄膜的导电性、透光性和机械强度。该工艺通过优化结晶度,有效抑制了卤素离子的迁移,从而增强了柔性叠层器件的稳定性。

深度精读

图1:器件结构与性能突破

图1展示了柔性钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的器件结构与关键性能。电池采用超薄(约65 μm)硅异质结底电池,其双面亚微米纹理结构为钙钛矿顶电池的共形生长提供了理想界面。截面SEM与HAADF-STEM分析显示,钙钛矿层在纹理硅表面形成致密、垂直取向的大晶粒。冠军器件认证效率达33.6%,开路电压创2.015 V纪录,稳态功率输出达33.2%。EQE谱验证了子电池电流的良好匹配,顶电池与底电池分别贡献21.65 mA/cm²和20.45 mA/cm²的电流输出。

图2:柔性性能与稳定性验证

图2系统评估了柔性叠层电池的机械耐久性与长期稳定性。弯曲测试表明,器件在17.6 mm弯曲半径下经历5000次循环后仍保持91.2%的初始效率,即使在10 mm极限曲率下也能维持84.8%的性能,展现出卓越的机械鲁棒性。三点弯曲测试显示,钙钛矿顶层的引入将器件开裂时的垂直位移从2.04 mm提升至2.34 mm,有效增强了整体结构的抗应变能力。稳定性方面,连续光照下MPP跟踪的T80寿命超过2000小时,在85°C/85%RH湿热老化1000小时后仍保留90%的初始效率,性能衰减率显著低于对照组。这些数据充分验证了该柔性叠层电池在实际应用场景下的可靠性。

图3:ICO:H复合层的界面优化机制

图3通过多维度表征揭示了ICO:H复合层相比传统ITO材料的显著优势。DFT计算表明Me-4PACz在ICO:H上的吸附能(-3.22 eV)明显高于ITO(-2.54 eV),结合强度提升27%。XPS分析显示ICO:H表面羟基比例达45.7%,为SAM提供更多锚定位点,P-O/In-O比率(0.56)显著高于ITO(0.43)。KPFM与UPS测试证实ICO:H具有更均匀的表面电势分布和更高功函数(5.06 eV),促进界面电荷传输。GIWAXS和XRD结果表明,ICO:H诱导钙钛矿形成更优的晶体取向,PL强度提升约30%,有效减少界面缺陷。这些特性共同促使单结钙钛矿顶电池效率达到22.85%,为叠层器件的高性能奠定基础。

图4:原位退火IZO电极的性能优化

图4系统阐明了原位退火工艺对IZO前电极性能的提升机制。随退火温度升高,IZO的方块电阻从160 Ω/□降至75°C时的100 Ω/□,载流子迁移率从40 cm²·V⁻¹·s⁻¹提升至50.7 cm²·V⁻¹·s⁻¹。紫外-可见-近红外光谱显示退火后电极吸收率显著降低,透光率提升。XRD分析表明(222)晶面衍射峰增强,证实结晶度改善。XPS进一步揭示氧空位比例从35.5%降至29.2%,有效抑制卤素离子迁移。柔性叠层电池效率随退火温度升高而提升,最优条件下平均效率达33.4%。弯曲循环测试表明,退火IZO电极在5000次弯曲后电阻仅从99 Ω/□增至118 Ω/□,而未退火样品从162 Ω/□剧增至521 Ω/□,证明其卓越的机械可靠性。

文献来源

Wang, S., Li, W., Yu, C. et al. Flexible perovskite/silicon tandem solar cells with 33.6% efficiency. Nature (2025).

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

仅用于学术分享,如有侵权,请联系删除。

责任编辑:wanqin
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
INA Solar携手Caelux,在印度开发3GW TOPCon-钙钛矿叠层组件来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-30 09:49:08

印度光伏企业INA Solar与美国Caelux公司达成战略合作,计划五年内(至2028年)在印度建成3GW商业化TOPCon-钙钛矿叠层光伏组件产能,目标组件转换效率达29%。合作聚焦技术整合:INA Solar提供自产TOPCon电池,Caelux则供应其专有的钙钛矿“发电玻璃”层,二者叠加形成高效混合组件,旨在提升发电量、能量密度并降低平准化度电成本(LCOE)。项目涵盖技术验证、制造筹备及满足印度ALMM等监管审批要求。作为一体化制造布局的一部分,INA Solar正同步建设4.5GW TOPCon电池厂和1.8万吨铝边框厂,后者可支撑4.5–5.0GW组件自用需求。目前Caelux已与多家全球厂商签约,累计叠层项目协议超25GW。

通威受邀出席2026钙钛矿与太空光伏技术、设备和材料论坛,分享全尺寸钙钛矿-晶硅叠层电池规模化制备与产业化进展来源:通威股份 发布时间:2026-10-30 09:18:45

通威张一峰博士在常州钙钛矿论坛披露叠层电池产业化突破:210半片电池效率达33.09%,组件功率807.9W;5MW全自动试验线贯通,材料成本降60%;独创气相+溶液两步法实现膜厚不均匀性<1%;2027年将建AI高通量实验平台,加速千兆瓦级量产落地。

TNO携手东洋制罐推进钙钛矿产业化,计划在荷兰建厂来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-29 08:55:45

荷兰研究机构TNO、其衍生公司Perovion Technologies与日本东洋制罐集团控股公司达成合作,共同推进柔性钙钛矿太阳能电池的产业化。三方签署意向声明,制定涵盖技术开发、材料研发、卷对卷(R2R)制造工艺及组件集成的联合路线图。Perovion将依托TNO的技术基础,主导商业化转化,并计划于2030年在荷兰建设首座钙钛矿光伏薄膜R2R量产工厂;东洋制罐则提供MiraNeo平台下的先进封装材料与组件集成能力;TNO持续负责技术研发与规模化支持。该技术以轻质、柔性、可弯曲为特点,适用于传统晶硅组件难以部署的场景,如轻型屋顶、建筑立面、车辆及历史建筑等。合作旨在突破钙钛矿电池在长期稳定性与环境耐久性方面的产业化瓶颈,加速其迈向大规模生产和全球市场应用。(198字)

天合光能荣获2026年度中国可再生能源学会科学技术奖一等奖来源:天合光能 发布时间:2026-10-28 09:20:54

天合光能凭TOPCon钙钛矿/晶硅叠层技术获2026年中国可再生能源科技一等奖;其3.1m²组件以907W功率、29.2%效率刷新世界纪录,实现全球首单高端户用出海;专利达758项,加速推进光储氢及AIDC智慧能源战略升级。

理光将在日本宫城县建钙钛矿太阳能电池生产基地,2030年形成数百兆瓦年产能来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-28 09:08:27

理光公司宣布将于日本宫城县的理光工业东北基地建设钙钛矿太阳能电池生产基地,该项目已入选日本GX(绿色转型)供应链发展支持项目。基地将采用理光自主研发的喷墨印刷技术制造钙钛矿太阳能电池,通过喷墨涂布方式完成各功能层沉积,避免传统工艺中的真空镀膜和激光刻蚀等复杂环节,从而简化生产流程、提高材料利用率并降低量产成本。根据规划,该基地目标在2030年前实现数百兆瓦的年产能,并在此基础上持续扩产,逐步迈向吉瓦级规模。此举标志着理光正式布局下一代光伏技术产业化,聚焦高效、低成本的钙钛矿电池本地化制造。

上智大学等开发出无铅钙钛矿太阳能电池新技术,同时提高耐久性与转换效率来源:日本经济新闻 发布时间:2026-10-27 10:52:11

上智大学等研究团队开发出一种新型无铅钙钛矿太阳能电池技术,以锡替代有毒的铅作为核心元素,旨在兼顾环境安全性与器件性能。针对锡易氧化导致结构退化、进而影响效率与稳定性的关键难题,团队设计了 Ruddlesden–Popper 型层状结构:由锡-碘无机导电层与有机分子层交替堆叠构成,并引入2-氨基苯并噻唑作为分子钝化添加剂。该结构既通过有机层阻隔水氧提升耐久性,又借助添加剂抑制锡氧化、降低界面电阻,使电池在100天后仍保持约85%的初始效率。尽管当前转换效率尚低于含铅同类器件,但该成果为安全、稳定、可实用化的钙钛矿光伏技术提供了新路径,后续工作将聚焦于效率提升与大面积制备。(199字)

晋能控股光伏制造有限公司与纤纳光电开展钙钛矿-晶硅叠层技术交流来源:晋能清洁能源科技股份公司 发布时间:2026-10-22 09:16:36

晋能控股光伏制造与纤纳光电就钙钛矿-晶硅叠层电池技术深度交流,聚焦大面积、高稳定关键技术攻关及研发线建设。双方将共建“研发-实证-转化”创新联合体,加速产业化落地,助力山西能源转型与光伏新质生产力发展。

松下控股将玻璃型钙钛矿太阳能电池量产提前一年,计划2029年4月投产来源:广角观察 发布时间:2026-10-21 14:16:04

松下控股宣布将玻璃型钙钛矿太阳能电池的全面量产时间提前一年,由原定的2030财年调整为2029年4月,并将在日本滋贺县长滨市的量产技术开发基地正式启动。此举旨在加速该新型光伏技术的商业化进程。在此之前,公司已于2026年9月启动先行量产,相关产品目前由大阪府守口市的研发基地生产,主要用于面向客户的试用与实证,以积累实际安装、运行及维护经验,为后续规模化量产夯实技术与应用基础。

站起来的“钙钛矿”!极电光能以硬核实证探索光伏价值新空间来源:极电光能 发布时间:2026-10-16 09:30:36

本文介绍了极电光能在国内首个钙钛矿双面发电组件垂直安装实证项目——位于河北张家口国家风光储输示范基地的运行成果。项目于2023年8月启动,对南北、东西向垂直安装的钙钛矿组件开展近一个半月的并网实测。数据显示:组件双面率达79%,系统效率(PR值)平均接近100%;在早晚低辐照时段形成双发电高峰,精准匹配电网负荷与分时电价高峰;阴雨天(日辐照<2kWh/㎡)下PR值仍达106.5%–129.3%,凸显优异弱光响应与温度稳定性。文章进一步指出,垂直安装模式突破传统地面平铺局限,适配光电建筑、高速声屏障、农光互补等多元场景,标志着钙钛矿光伏正从技术验证迈向高价值商业化应用新阶段。(199字)

正泰新能两项钙钛矿叠层光伏技术入选2026年第一批科技计划项目拟立项(备案)公示来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-10-12 06:16:00

海宁市科技局于2026年9月30日至10月13日公示2026年第一批科技计划项目拟立项名单,其中正泰新能科技股份有限公司牵头申报的两项钙钛矿叠层光伏技术项目入选。一项为产学研合作项目,聚焦高效稳定的钙钛矿/TOPCon叠层太阳电池研发,由何晨旭负责;另一项为科技型企业备案制项目,致力于钙钛矿/晶硅四端叠层技术开发,由李晓伟负责。两个项目均执行期为2026年7月1日至2029年6月30日,实施地位于海宁市黄湾镇。此次立项反映了海宁市对下一代高转换效率光伏技术的重点支持,也凸显正泰新能在钙钛矿叠层电池前沿方向的技术布局与研发实力。(198字)

新区种子独角兽!用钙钛矿打开光伏新赛道来源:凤凰网 发布时间:2026-10-10 14:26:24

长春日耀光电科技有限公司是依托中国科学院长春应用化学研究所科研力量,于2023年9月在长春新区成立的东北首家专注钙钛矿太阳能电池研发与产业化的企业。公司以新型SAM分子材料、薄膜在线检测装备及钙钛矿电池组件为主营方向,已实现多项国际首创技术突破,包括无NiOx大面积制备工艺和SAM原位表征一体化装备,显著降低产线与制造成本。其钙钛矿/晶硅叠层电池效率达34.2%(NREL认证,全球前三),半透明电池效率率先突破12%。目前SAM材料市场渗透率超40%,大尺寸电池完成打样,省内首例钙钛矿自供能系统及100kW光储充电站即将落地。企业已签约多方战略伙伴,正加速建设中试线与电池产线,目标2030年建成投产,年产值不低于10亿元。