本站 2 月 6 日消息，本站從西湖大學(xué)微信公眾號獲悉，該校未來產(chǎn)業(yè)研究中心、工學(xué)院王睿團(tuán)隊(duì)在柔性疊層太陽電池領(lǐng)域取得重要突破 —— 他們成功讓鈣鈦礦與銅銦鎵硒兩種材料疊在一起，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 23.4%。相關(guān)研究成果日前刊發(fā)在《自然?光子學(xué)》期刊上。

“這種柔性輕薄的疊層太陽電池，厚度僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑，其未來有望應(yīng)用于建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域?！蓖躅＝榻B。

如果把單結(jié)鈣鈦礦太陽電池比作一塊“單層蛋糕”，疊層太陽電池便是多層口味的。不同口味的蛋糕層對應(yīng)不同的半導(dǎo)體材料層，每一層都能“捕捉”特定波長的太陽光。這樣一來，它就能吸收比“單層”電池更廣泛的太陽光能量，更高效地將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，從而突破單結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率天花板。

得益于材料本身優(yōu)異的光電性能和易于制備等特點(diǎn)，單結(jié)鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率從 2009 年報(bào)道的 3.8% 迅速提升到目前約 27% 的紀(jì)錄效率，和目前最高效的晶體硅太陽電池的效率相當(dāng)，兩者效率都已接近瓶頸。

王睿團(tuán)隊(duì)選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒（CIGS）這兩種材料進(jìn)行疊層研究。

制備疊層太陽電池，如同在微觀世界里做蛋糕，是個(gè)手藝活。這塊“蛋糕”不僅有 15 層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴(yán)格要求 —— 每一層最好不要有孔洞，不同層的制備往往需要使用不同的儀器設(shè)備，并對參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格優(yōu)化和控制。

2022 年，王睿實(shí)驗(yàn)室正式啟動兩端柔性鈣鈦礦 / 銅銦鎵硒疊層太陽電池的研發(fā)工作。經(jīng)過一年多嘗試，銅銦鎵硒基底上的鈣鈦礦薄膜依然布滿孔洞，無法形成致密光吸收層，達(dá)不到預(yù)期效果。2023 年底，團(tuán)隊(duì)成員田柳文和王睿商量后決定，跳出之前一直使用同一種鈣鈦礦薄膜制備工藝的思維定式，在銅銦鎵硒基底上嘗試不同的鈣鈦礦薄膜制備工藝。

再次遭遇多次失敗后，終于有一天，他們在電鏡下第一次發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后，王睿團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化鈣鈦礦層以及其他層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦 / 銅銦鎵硒疊層太陽電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了快速突破，光電轉(zhuǎn)換效率不斷攀升。