宁波材料所在柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池方面取得进展

作为目前光伏行业新兴的研究热点，钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率在过去的8年内迅速提升。目前刚性钙钛矿/硅叠层太阳能电池的效率已经达到了33.9%，超过了传统晶硅29.4%的理论极限效率，但迄今为止还没有关于柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池的报道，主要原因是柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池的超薄硅底电池存在一些棘手问题：由于减小硅厚度而导致的严重光吸收损失和强烈的表面反射，会导致叠层器件中短路电流密度的严重损失，使得柔性叠层器件效率较低。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体科研团队在叶继春研究员的带领下，在前期晶硅、钙钛矿及其叠层电池研究的基础上（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），在柔性钙钛矿/硅叠层太阳电池方面取得进展。该团队首次公开报道了柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池，其稳态认证效率和功率质量比分别达到了22.8%和3.12 W g⁻¹ ，代表了高效柔性太阳能电池中最高功率质量比器件之一。通过调节硅片厚度和陷光结构特征尺寸，提高了超薄硅底电池的光吸收能力和力学稳定性；同时，该团队提出力学“中性面”滑移对于提升钙钛矿/硅叠层电池柔性的作用机理；另外，通过研究衬底结构对钙钛矿形貌和光电性质的影响，该团队采用纳米绒面改善了钙钛矿薄膜晶体质量，抑制非辐射复合，促进载流子传输和提取以及抑制钙钛矿相分离。最终，柔性钙钛矿/硅叠层器件在经过3000次弯曲循环后仍保持98.2%的初始效率，并且在经过100小时的工作稳定性测试后，柔性叠层器件也能保持90.6%的初始效率，展现出较好的力学和工作稳定性。这项研究有望推动低成本、高性能和轻质柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池的研发和应用。

该工作以“Ultrathin （~30 µm） flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell”为题发表于Science Bulletin（https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.04.022）。宁波材料所直博生汪新龙、郑晶铭、博士后应智琴为共同第一作者，宁波材料所应智琴博士后、杨熹副研究员和叶继春研究员为本文共同通讯作者。该研究得到了宁波市重点研发项目（2023Z151）、浙江省重点研发项目（2022C01215、2024C01092）、中国博士后科学基金（2023M743620）、浙江省自然科学基金联合基金（LBMHD24E020002）、浙江省自然科学基金（LY24F040003）、国家重点研发计划（2018YFB1500103）、国家自然科学基金（62204245、U23A200098）项目的支持。

柔性钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池（a）效率，（b）力学稳定性，（c）功率质量比和（d）工作稳定性测试

（光电信息材料与器件实验室 硅基太阳能及宽禁带半导体团队）