鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池由于其超高的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)，已經(jīng)成為下一代光伏技術(shù)的有前途的候選。然而，在反復(fù)的環(huán)境應(yīng)力循環(huán)中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力對(duì)于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池來說仍然是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致界面脫層和器件退化。

2025年11月10日，蘇州大學(xué)張曉宏、劉江、隆基綠能何博、曲銘浩、徐希翔、李振國共同通訊在Nature在線發(fā)表題為“Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer”的研究論文，該研究提出了一種具有應(yīng)力釋放機(jī)制的雙緩沖層策略，以協(xié)同減輕后續(xù)濺射沉積期間的離子轟擊，并增強(qiáng)界面粘附力，同時(shí)保持有效的電荷提取。通過調(diào)整原子層沉積的凈化時(shí)間而設(shè)計(jì)的疏松的SnOx緩沖層可以耗散應(yīng)變能，而致密的SnOx層可以確保穩(wěn)固的電接觸。基于這種雙緩沖層，在60微米厚的超薄硅底部電池上構(gòu)建的柔性串聯(lián)太陽能電池在1-cm2面積上實(shí)現(xiàn)了33.4%的認(rèn)證PCE，在260-cm2的晶片尺寸面積上實(shí)現(xiàn)了29.8%的認(rèn)證PCE，單位重量的功率高達(dá)1.77 W/g。

2025年11月10日，蘇州大學(xué)張曉宏、楊新波、阿卜杜拉國王科技大學(xué)Stefaan De Wolf共同通訊在Nature在線發(fā)表題為“Flexible perovskite/silicon tandem solar cells with 33.6% efficiency”的研究論文，該研究展示了一種經(jīng)過認(rèn)證的33.6%-30%效率的柔性鈣鈦礦/晶體硅(c-Si)串聯(lián)太陽能電池，其開路電壓(Voc)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.015 V，可與剛性電池相媲美。

柔性鈣鈦礦太陽能電池的快速發(fā)展為將光伏集成到可彎曲和可折疊的電源系統(tǒng)中開辟了新的途徑。雖然最先進(jìn)的柔性鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過25%的認(rèn)證效率，但它們的效率潛力仍然受到理論上的肖克利-奎塞極限的阻礙。將寬帶隙鈣鈦礦與當(dāng)前主流硅電池結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，幾個(gè)小組證明效率超過32%。盡管取得了這一進(jìn)步，現(xiàn)有技術(shù)的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池最普遍地采用被認(rèn)為是剛性基板的相對(duì)較厚的硅晶片，從而限制了它們的靈活應(yīng)用。超薄硅晶片結(jié)合鈍邊已被證明具有令人印象深刻的靈活性。因此，通過將這些技術(shù)整合到單片串聯(lián)配置中，仍有巨大的潛力來革新柔性光伏發(fā)電。

為了提高柔性鈣鈦礦器件的機(jī)械和環(huán)境穩(wěn)定性，已經(jīng)系統(tǒng)地探索了幾種方法，包括加入聚合物添加劑、成分優(yōu)化和表面處理技術(shù)，證明了器件性能和操作耐久性方面令人鼓舞的進(jìn)步。對(duì)于柔性和剛性鈣鈦礦太陽能電池來說，界面粘合是關(guān)鍵的、普遍關(guān)注的問題。然而，在柔性裝置中，在重復(fù)彎曲期間引起的動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力成倍地放大了這些粘附挑戰(zhàn)。與通常使用蒸發(fā)接觸的單結(jié)不透明器件不同，鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池使用離子濺射來制備透明的前電極，這可以引起穿過下面的疊層的離子轟擊損傷。通過原子層沉積(ALD)制備的SnOx層在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池中充當(dāng)緩沖層，可以保護(hù)C60免受濺射損傷。

緩沖層的器件結(jié)構(gòu)和特性（圖源自Nature）

在這項(xiàng)工作中，研究人員介紹了一種雙緩沖層接口設(shè)計(jì)，它結(jié)合了機(jī)械和電子功能。該設(shè)計(jì)采用SnOx雙層結(jié)構(gòu)，首先沉積致密的SnOx，然后沉積疏松的SnOx層。致密的SnOx層通過使用長吹掃時(shí)間的近ALD生長模式獲得，確保了有效的電荷提取并最小化電阻損耗。通過使用短吹掃時(shí)間的類似化學(xué)氣相沉積(CVD)的生長模式獲得的疏松的SnOx層充當(dāng)應(yīng)力釋放間隔物，在隨后的濺射沉積期間重新分布應(yīng)變。將這種雙緩沖層策略應(yīng)用于厚度約為60微米的硅片上的輕型單片鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了約1 cm2上33.35%的認(rèn)證穩(wěn)定PCE。此外，首次展示了M6晶片大小的柔性疊層，其經(jīng)認(rèn)證的PCE為29.8%，這標(biāo)志著鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池規(guī)模化制造的一個(gè)里程碑。該研究不僅推進(jìn)了對(duì)ALD過程中SnOx生長的基本理解，而且提供了一種在不影響效率的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健高效的柔性光伏發(fā)電的途徑。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09835-w

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09849-4