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。
