上海交通大学戚亚冰团队Joule:双空穴传输层设计实现超柔性钙钛矿太阳能电池效率与稳定性协同提升

来源:先进光伏发布时间:2025-11-18 09:43:22

论文概览

钙钛矿材料因其本征的机械柔性和轻质特性,在超柔性太阳能电池领域展现出巨大潜力。基于厚度低于10微米基板制备的器件尤其适用于可穿戴电子与医疗设备等新兴领域。尽管其光电转换效率已逼近刚性玻璃基器件,但长期稳定性仍是关键挑战。上海交通大学戚亚冰团队研究证实,在氧化铟锡透明聚酰亚胺基板上联合使用氧化镍与[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸自组装单分子层作为空穴传输材料,可显著提升器件稳定性。该策略使器件在惰性环境中实现20.3%的光电转换效率,并维持1200小时的稳定功率输出。通过集成15纳米厚三氧化二铝湿度阻挡层,器件在空气中经历130小时后仍能保持90%的初始效率,且未牺牲其比功率(27.2 W g⁻¹),创造了超柔性钙钛矿太阳能电池的环境稳定性新纪录。相关成果以“Dual hole transport layer for ultra-flexible perovskite solar cells with unprecedented stability”为题发表在期刊Joule上。

技术亮点

1.界面工程:采用NiOX/2PACz双分子空穴传输层,通过能带调控与界面偶极作用,实现载流子的高效提取与传输。

2.纳米封装:创新性引入15 nm超薄Al₂O₃阻隔层,在保持器件柔性的同时,有效阻隔水氧侵蚀,显著提升环境稳定性。

3.机械耐久性:器件在经历1000次弯曲和折叠测试后,仍保持95%以上的初始效率,展现了卓越的机械鲁棒性。

研究意义

攻克稳定性瓶颈:首次实现超柔性钙钛矿电池在空气中T80超过260小时的突破性稳定性,为柔性器件的实际应用扫除关键障碍。

提供技术范式:通过“双传输层+超薄封装”的协同策略,为其他柔性光电子器件的设计与优化提供了可借鉴的技术路径。

推动应用落地:在保持27.2 W g⁻¹高比功率的前提下,同步实现高效率与高稳定性,显著加速了超柔性光伏技术在可穿戴电子等领域的应用进程。

深度精度

1. 本研究成功制备了基于NiOX/2PACz双分子层空穴传输结构的超柔性钙钛矿太阳能电池。器件采用p-i-n架构,在透明聚酰亚胺基板上依次沉积NiOX纳米颗粒和2PACz自组装单层,随后通过PEAI表面钝化处理形成界面偶极层,最终以PC61BM/BCP作为电子传输层和缓冲层,并蒸镀80纳米银电极。完成的超柔性器件通过1微米派瑞林涂层进行封装保护,可从辅助玻璃基板上剥离形成独立器件。性能测试表明,该超柔性器件实现了20.33%的冠军效率(VOC=1.15 V,JSC=22.36 mA cm⁻²,FF=78.7%),其刚性参照器件效率达20.99%。研究发现2PACz的引入不仅通过界面偶极效应提升所有光伏参数,还将NiOX层中Ni³⁺/Ni²⁺比例降低约12%,有效抑制了界面非辐射复合。在连续光照1200小时的稳定性测试中,超柔性器件展现出卓越的运行稳定性,为柔性光电子器件的发展奠定了坚实基础。

2. 通过开尔文探针力显微镜、紫外光电子能谱与低能逆光电子能谱技术,系统研究了超柔性基板上空穴传输层的表面电势与能级结构。KPFM分析表明,在NiOX表面引入2PACz自组装单层后,表面电势均匀性显著提升,接触电位差从-0.94 V增至-0.67 V,对应材料功函数由4.21 eV提升至5.03 eV。能带测试显示2PACz使NiOX导带能级从2.4 eV移至3.1 eV,成功构建了更匹配钙钛矿能级的阶梯型能带结构。这种界面偶极工程有效优化了空穴提取效率,同时扫描电镜证实2PACz修饰的基底可诱导钙钛矿形成更大晶粒,而XRD图谱则表明不同空穴传输层上的钙钛矿均保持相同的晶体结构。这些发现从界面物理与能带工程角度揭示了双分子层空穴传输结构提升器件性能的内在机制。

3.本研究系统评估了超柔性钙钛矿太阳能电池的机械与环境稳定性。器件在经历1000次弯曲和折叠测试后,光电转换效率分别保持初始值的98%和95%,其卓越机械稳定性源于自组装单层与氧化物基底间的共价键合作用。为解决空气中快速降解的问题(T80<50小时),创新性地在派瑞林涂层两侧沉积15纳米Al₂O₃阻挡层,该设计使器件在空气中达到T90=130小时、T80=260小时的突破性稳定性,且不影响其折叠稳定性(千次折叠后效率保持96.1%)。研究还发现3微米超薄基底能有效分散应力,避免Al₂O₃层开裂。比功率测试显示,带封装器件的比功率为27.2 W g⁻¹,仅比未封装状态降低1.5%,证实超薄屏障在显著提升环境稳定性的同时,成功保持了器件的轻质特性与机械柔韧性,为超柔性光电器件的实际应用奠定了坚实基础。

结论展望

本研究成功开发了基于p-i-n架构的超柔性钙钛矿太阳能电池,通过采用NiOX/2PACz复合空穴传输层与15纳米Al₂O₃阻隔层的协同设计,实现了效率与稳定性的突破。该器件在超薄基板上获得20.3%的光电转换效率,并展现出卓越的机械耐久性——经历1000次弯曲和折叠测试后仍保持95%的初始效率。在惰性环境中连续运行1200小时性能无衰减,更在空气中实现T90=130小时、T80=260小时的纪录稳定性,较文献最高值提升5倍。器件的比功率达27.2 W g⁻¹,且研究证实通过将银电极替换为铝电极可进一步提升至37 W g⁻¹。这项研究通过创新界面工程与超薄封装技术,为超柔性光电子器件的实际应用奠定了坚实基础。

文献来源

Rabehi I N, Mariotti S, Fukuda K, et al. Dual hole transport layer for ultra-flexible perovskite solar cells with unprecedented stability. Joule (2025).

https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102209

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
协鑫集成发布半年报:BC 量产交付加速海外业务持续放量,技术创新筑牢穿越周期底气来源:投稿 发布时间:2026-08-28 21:09:43

协鑫集成于2026年8月28日发布半年报,上半年营收46.40亿元,归母净利润亏损4.30亿元,主要受光伏行业深度调整、国内装机放缓及全产业链价格承压影响。公司通过三大举措积极应对:一是BC技术加速产业化,完成2GW GPC高效电池技改,全黑BC组件实现量产交付,在欧洲户用等高端市场获得溢价,德国订单超100MW,海外累计斩获超1.5GW订单;二是强化成本管控,非银成本下降33.6%,现金周转周期维持个位数,N型组件产能达30GW;三是布局前沿技术,钙钛矿叠层电池效率达33.44%,2000V高电压组件及航天光伏研发取得进展。公司正推进BC产能扩张与多维技术储备,以构建穿越行业周期的长期竞争力。

通威受邀参加首届“钙钛矿+X”叠层光伏产业发展大会,分享规模化制备最新进展来源:通威股份 发布时间:2026-08-27 09:01:37

通威在钙钛矿-晶硅叠层电池领域实现重大突破:首创兼容异质结产线的“气相沉积-溶液两步法”,5MW全自动试验线贯通,商用尺寸电池效率达32.68%,组件功率776W;攻克大面积成膜、UV防护、低应力封装等量产难题,加速迈向商业化应用。

又一晶硅钙钛矿叠层薄膜电池产线正式投产来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-21 09:07:53

2026年8月18日,中山市光极绿能新材科技有限公司位于小榄镇的晶硅钙钛矿叠层薄膜电池产线正式投产,标志着该企业推动下一代高效光伏技术产业化取得实质性进展。公司成立于2024年,专注钙钛矿光伏技术研发与转化,产品涵盖叠层薄膜电池及钙钛矿透明发电芯片。当前规划年产透明发电芯片10万平方米,并已签约总投资2000万元的钙钛矿异质结研发生产项目。区别于传统刚性组件,光极绿能聚焦柔性化、轻量化、建筑一体化等差异化方向,契合卫星太阳翼、BIPV、农光互补等新兴应用场景需求。产线投产正值钙钛矿产业由实验室效率突破迈向规模化量产的关键阶段,为其技术从“能做”到“好用”的工程化验证提供了实践样本。(198字)

高纪凡主任领衔科研团队,天合光能首次以第一通讯单位登顶《Nature》来源:天合光能 发布时间:2026-08-20 09:48:21

天合光能联合复旦、东南大学在《Nature》发表钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池突破性成果,首次以第一通讯单位登顶该刊。团队攻克宽带隙钙钛矿电压损失与光学失配难题,实现32.22%世界最高稳态效率(16 cm²器件达26.97%),为轻质高效空间光伏提供新路径。

硒钼科技与贝克勒尔签署战略合作协议 共同开发高效高稳定性钙钛矿材料来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-20 08:55:18

2026年8月15日,硒钼科技与贝克勒尔签署战略合作协议,聚焦高效高稳定性钙钛矿材料的联合研发。硒钼科技作为AI for Science(AI4S)领域先行者,依托自主物理建模算法与融合物理约束的AI生成模型,致力于加速新材料发现;贝克勒尔则为专注钙钛矿-晶硅叠层电池产业化的新锐企业,拥有沈文忠、蔡墨朗等光伏领域资深专家的技术支撑。双方将结合硒钼科技的AI驱动材料设计能力与贝克勒尔在钙钛矿材料性能、器件结构及稳定性方面的实验数据与工程经验,构建“理论设计—高通量计算—合成验证—反馈优化”的闭环研发范式,重点突破钙钛矿本征稳定性瓶颈。合作成果将形成面向产业链的AI驱动材料发现产品,并计划未来向更广泛的AI for Material领域拓展。(199字)

10亿美元!钙钛矿企业已签署约2.5GW产品销售意向书!来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-19 08:56:33

Tandem PV是一家专注于钙钛矿-硅叠层太阳能技术的企业,近期已实现首块生产级面板下线,并签署约10亿美元(约合2.5GW)的产品销售意向书。公司正推进从实验室向量产的工程放大,目标今年晚些时候启动付费试点部署,以获取户外实证数据并满足融资要求;预计2028年实现吉瓦级量产,组件效率达34%,2030年有望提升至37%。其4端子机械堆叠结构采用双玻封装,提供30年质保、年衰减≤1%,实测一年无显著衰减。产品兼容多种硅电池技术(PERC、TOPCon、HJT等),可适配美国本土供应链并享受多重税收抵免。目前融资约1亿美元,制造布局符合美国国内含量及税收激励政策。

给钙钛矿“抛光上漆” 太阳能电池也可兼得“高效”与“长寿”来源:光明日报 发布时间:2026-08-17 09:38:20

北京大学周欢萍教授团队针对钙钛矿太阳能电池“高效率”与“长寿命”难以兼顾的难题,提出一种基于等离子体的表面工程新策略:先用氩气等离子体物理刻蚀去除缺陷富集的表层(“抛光”),再利用四氟化碳等离子体激活氟物种,原位生成4–7纳米厚、连续致密的氟化铅保护层(“上漆”)。该方法显著降低界面缺陷密度约一个数量级,优化能级排列,提升电荷提取效率。实验表明,小面积电池光电转换效率达27.2%,100 cm²模组认证效率为23.5%;器件在高温、光照、紫外及循环应力下均表现出优异稳定性。该技术为高性能钙钛矿光伏产业化提供了新路径。

云南省钙钛矿太阳能电池技术研发取得新进展来源:云南网 发布时间:2026-08-11 09:15:20

云南省昆明理工恒达科技与昆明理工大学黄惠教授团队在钙钛矿太阳能电池技术研发上取得重要进展。团队实现小面积单结器件认证效率27.16%,并完成有效面积661 cm²组件的小批量工艺验证;已稳定制备30 cm×30 cm组件,转化效率达22%,目标提升至24%以上。针对产业化中面积放大导致的效率衰减与薄膜均匀性等难题,团队构建产学研联合体,推行“基础研发+工程放大”双轨路径:材料层面首创体相与晶界缺陷协同抑制策略,不同带隙器件效率达24.12%–26.84%,1000小时运行后效率保持率94%;界面工程优化埋层并抑制非辐射复合,1200小时保持率96%;电极工艺采用银-铜合金共蒸镀及低温刷涂技术,降低贵金属用量,适配卷对卷量产。(199字)

总投资超2亿元!隆基100MW钙钛矿叠层中试线环评报前公示来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-11 08:50:20

隆基绿能拟在西咸新区现有厂房内投资2.0353亿元,建设一条100MW高效晶硅-钙钛矿叠层太阳能电池中试产线。该项目属改建性质,依托已备案的“隆基股份中央研究院一期中试项目”场地与配套设施,占地4000平方米。建设内容包括引进钙钛矿薄膜沉积、快速晶化及功能层薄膜沉积等关键装备,旨在开展新型叠层电池的技术研发与中试验证。项目聚焦提升光伏电池转换效率,推动晶硅与钙钛矿材料的集成应用,是隆基布局下一代光伏技术的重要产业化尝试。目前该环评报告已完成编制,进入报批前公示阶段。

上海叶烁数字喷墨与爱旭股份联合技术攻关 ——喷墨打印钙钛矿薄膜均匀性精准调控来源:索比光伏网 发布时间:2026-08-07 16:14:13

本文介绍了上海叶烁数字信息技术公司与光伏企业爱旭股份联合攻关钙钛矿/晶硅叠层电池量产难题的成果。针对大绒面晶硅底电池上钙钛矿薄膜均匀成膜难的核心瓶颈,双方构建了“设备–材料–工艺”三位一体协同优化体系:设备端通过高耐腐墨路系统与智能化波形调控,实现皮升级墨滴体积变异系数<3%;材料端建立溶剂挥发动力学模型,精准匹配喷头流变窗口(Z≈2–6),抑制咖啡环效应;工艺端创新引入毫秒级预结晶技术,消除湿膜梯度,提升结晶均一性。该方案已实现实验室1 cm²器件约30%转换效率,并在210×105 mm²大面积薄膜中达成PL映射相对标准差低至2.4%,验证了喷墨打印技术迈向GW级量产的可行性与可靠性。

天合光能申请太阳能电池相关专利,提升叠层太阳能电池光能利用率并减热化损失来源:新浪证券 发布时间:2026-08-07 15:09:25

天合光能于2026年4月14日申请了一项关于叠层太阳能电池的发明专利(公布号CN122497214A),聚焦提升光能利用效率并降低热化损失。该专利提出一种含特殊光学膜层的多端叠层结构,由前置钙钛矿子电池、后置另一子电池及二者之间的光学层构成;光学层内嵌散射粒子与波长转换粒子,可将钙钛矿电池“死区”未能有效吸收的高强度入射光进行横向扩散,并将其转换为更易被后置子电池吸收的长波段光。此举显著改善后置子电池受光的空间均匀性,提高整体光能利用率,同时减少因光子能量过剩导致的热化损耗。专利还涵盖该电池的制备方法及其在电池组件和用电装置中的应用。