23.4%！钙钛矿和铜铟镓硒太阳电池叠起来！西湖阳光王睿带领团队再破纪录

" 多层蛋糕 "

叠层太阳电池

制作叠层太阳电池，如同在微观世界里做蛋糕，是个手艺活

Making tandem solar cells is like making a cake in the microcosm

 （Westlake）

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（PV）    

近日，王睿团队在这一研究领域取得了重要突破——他们成功让钙钛矿与铜铟镓硒这两种不同口味的“蛋糕”叠在一起，光电转换效率达到23.4%。

北京时间2025年2月3日，农历正月初六，相关研究论文发表于Nature Photonics。

值得一提的是，这是一种柔性轻薄的叠层太阳电池，其厚度仅相当于一根头发丝的直径，具有高度的灵活性和普适性，有望应用到不同领域，例如：

  1、建筑领域：可与透明玻璃结合，打造建筑一体化太阳能设施，让建筑物从能源消耗者变为生产者。

  2、汽车领域：能安装在汽车车顶上，使其具备自我充电能力，并且电池柔性的特点能更好地贴合汽车表面的弧度等不规则形状。

  3、低空经济领域：飞行器对减轻重量有很高要求，叠层电池轻薄的特性，使其在不增加过多重量的情况下为飞行器提供源源不断的电力。

  4、柔性可穿戴设备领域：由于其良好的柔韧性和轻薄性，使其能更好地应用在衣物、手环等可穿戴设备，为产品设计带来无限可能。

  凭借钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的优良特性，相信在不久的将来一定会与相关领域深度嵌入融合，推动行业革新。

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Westlake PV

从“单层蛋糕”到“多层蛋糕”

王睿教授在自己读博的那几年，就试过想把钙钛矿和铜铟镓硒太阳电池叠起来。

铜铟镓硒，Cu(In,Ga)Se2，简称CIGS，是由铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）、硒（Se）四种元素组成的化合物半导体材料。作为重要的薄膜太阳电池，它的吸光层薄、稳定性好、抗辐射性强，并且具备产业化基础。

制备叠层太阳电池，如同在微观世界里做蛋糕，是个手艺活。

光是把这一层层“蛋糕”依次完好地叠起来，就已经足够复杂了。况且，光叠在一起还不够。在两端叠层太阳电池中，上下层的电流大小要能匹配起来。

王睿团队要做的不仅仅是“1+1=2”的机械堆叠，更是要让两种太阳电池在叠起来之后“融为一体”，真正地合二为一，实现“1+1>2”的效果。

柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池

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Westlake PV

跳出“食谱”，DIY“蛋糕”

2022年，王睿正式启动两端柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的研发工作。

研发初期，相关文献极少，研发面临挑战。依据文献判断，团队认为问题出在铜铟镓硒基底上，因其粗糙表面难以制备高质量钙钛矿薄膜。他们将优化基底平整度作为实验方向，尝试了多种方法，却始终无法让钙钛矿薄膜形成致密光吸收层，达不到预期效果。

王睿决定，跳出之前一直使用同一种钙钛矿薄膜制备工艺的思维定势，在铜铟镓硒基底上多试试其它不同的钙钛矿薄膜制备工艺。

再次进行多次实验后，他们在电镜下第一次发现，其中一个样品具有均匀致密的钙钛矿表面形貌。他们用同样的工艺制备了完整的叠层太阳电池器件进行测试。果然，第一块叠层太阳电池就测出了不同于往常的具有高开路电压的电流-电压 (J-V) 曲线。

成功了！两块“蛋糕”真正做到了“合二为一”！

这次的新突破让我们对柔性叠层太阳电池的前景更有信心了，西湖阳光下一步目标将实现从实验室到大规模工业化生产的转变，解决大面积制备时薄膜均匀性、晶体质量等问题，降低生产成本，提高生产效率，从而推动该技术的商业化应用和普及。

编辑 | 林慧一