作為光伏行業(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)換效率迅速提升。目前，剛性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率達(dá)到33.9%，超過傳統(tǒng)晶硅29.4%的理論極限效率，但尚無關(guān)于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的報(bào)道。主要原因在于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的超薄硅底電池存在棘手問題，也就是說，由于減小硅厚度而導(dǎo)致嚴(yán)重的光吸收損失和強(qiáng)烈的表面反射，致使疊層器件短路電流密度損失，使得柔性疊層器件效率低下。

近日，中科院寧波材料所研究員葉繼春帶領(lǐng)的硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體科研團(tuán)隊(duì)，以前期晶硅、鈣鈦礦及其疊層電池研究為基礎(chǔ)，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)報(bào)道了柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池。該電池的穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率和功率質(zhì)量比分別達(dá)到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。該研究通過調(diào)節(jié)硅片厚度和陷光結(jié)構(gòu)特征尺寸，提高超薄硅底電池的光吸收能力和力學(xué)穩(wěn)定性；提出力學(xué)“中性面”滑移以提升鈣鈦礦/硅疊層電池柔性的作用機(jī)理；探討襯底結(jié)構(gòu)對(duì)鈣鈦礦形貌和光電性質(zhì)的影響，采用納米絨面改善鈣鈦礦薄膜晶體質(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。研究發(fā)現(xiàn)，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，并在經(jīng)過100小時(shí)的工作穩(wěn)定性測(cè)試后，柔性疊層器件也可以保持90.6%的初始效率，展現(xiàn)出較好的力學(xué)和工作穩(wěn)定性。這一成果有望推動(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。

相關(guān)研究成果以Ultrathin（~30μm）flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell為題，發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和寧波市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.04.022