作為目前光伏行業(yè)新興的研究熱點(diǎn)，鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在過去的8年內(nèi)迅速提升。目前剛性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率已經(jīng)達(dá)到了33.9%，超過了傳統(tǒng)晶硅29.4%的理論極限效率，但迄今為止還沒有關(guān)于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的報(bào)道，主要原因是柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的超薄硅底電池存在一些棘手問題：由于減小硅厚度而導(dǎo)致的嚴(yán)重光吸收損失和強(qiáng)烈的表面反射，會(huì)導(dǎo)致疊層器件中短路電流密度的嚴(yán)重?fù)p失，使得柔性疊層器件效率較低。

近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體科研團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，在前期晶硅、鈣鈦礦及其疊層電池研究的基礎(chǔ)上（Nat. Energy 2023,8,1250;Joule 2022,6,2644;Nat. Commun. 2023,14,2166;Adv. Mater. 2023,e2211962;Adv. Mater. 2023,2302071;Adv. Energy Mater. 2023,13,2203006;Energy Environ. Sci. 2021,14,6406;Adv. Funct. Mater. 2023,2304708;Adv. Funct. Mater. 2022,2110698;Nano Energy 2022,100,107529），在柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽電池方面取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)首次公開報(bào)道了柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池，其穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率和功率質(zhì)量比分別達(dá)到了22.8%和3.12 W g?1，代表了高效柔性太陽能電池中最高功率質(zhì)量比器件之一。通過調(diào)節(jié)硅片厚度和陷光結(jié)構(gòu)特征尺寸，提高了超薄硅底電池的光吸收能力和力學(xué)穩(wěn)定性；同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)提出力學(xué)“中性面”滑移對于提升鈣鈦礦/硅疊層電池柔性的作用機(jī)理；另外，通過研究襯底結(jié)構(gòu)對鈣鈦礦形貌和光電性質(zhì)的影響，該團(tuán)隊(duì)采用納米絨面改善了鈣鈦礦薄膜晶體質(zhì)量，抑制非輻射復(fù)合，促進(jìn)載流子傳輸和提取以及抑制鈣鈦礦相分離。最終，柔性鈣鈦礦/硅疊層器件在經(jīng)過3000次彎曲循環(huán)后仍保持98.2%的初始效率，并且在經(jīng)過100小時(shí)的工作穩(wěn)定性測試后，柔性疊層器件也能保持90.6%的初始效率，展現(xiàn)出較好的力學(xué)和工作穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究有望推動(dòng)低成本、高性能和輕質(zhì)柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研發(fā)和應(yīng)用。

該工作以“Ultrathin （~30 μm） flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell”為題發(fā)表于Science Bulletin（https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.04.022）。寧波材料所直博生汪新龍、鄭晶銘、博士后應(yīng)智琴為共同第一作者，寧波材料所應(yīng)智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為本文共同通訊作者。該研究得到了寧波市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2023Z151）、浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2022C01215、2024C01092）、中國博士后科學(xué)基金（2023M743620）、浙江省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金（LBMHD24E020002）、浙江省自然科學(xué)基金（LY24F040003）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB1500103）、國家自然科學(xué)基金（62204245、U23A200098）項(xiàng)目的支持。

柔性鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池（a）效率，（b）力學(xué)穩(wěn)定性，（c）功率質(zhì)量比和（d）工作穩(wěn)定性測試