科技日報記者 夏凡

記者18日從中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所獲悉，該所光電信息材料與器件實驗室葉繼春團(tuán)隊成功研發(fā)出高效制備柔性鈣鈦礦/CIGS疊層電池的新技術(shù)，在1.09平方厘米器件上實現(xiàn)了23.8%的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率，刷新該類型電池的世界紀(jì)錄。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《自然·能源》上。

鈣鈦礦疊層電池因兼具高效率和低成本的優(yōu)勢，被廣泛認(rèn)為是下一代光伏技術(shù)的重要突破口。目前，主流的鈣鈦礦疊層方案主要包括鈣鈦礦/硅、鈣鈦礦/鈣鈦礦以及鈣鈦礦/CIGS三種組合，其最高效率紀(jì)錄分別為34.8%、31.0%和24.8%。不過，這些高效成果多數(shù)來自剛性器件，在可以彎曲的柔性電池領(lǐng)域，整體效率還相對滯后。

柔性CIGS疊層電池由于輕量、高效和耐輻射，適合用在空間有限、對重量敏感的領(lǐng)域，如無人機(jī)、可穿戴設(shè)備、太空衛(wèi)星等。CIGS薄膜電池作為疊層結(jié)構(gòu)的“底層”，發(fā)展柔性太陽能設(shè)備具有獨(dú)特的優(yōu)勢。“研發(fā)的關(guān)鍵難題是如何讓鈣鈦礦材料穩(wěn)穩(wěn)地‘貼’在粗糙的CIGS電池表面。這個過程并不簡單，就像要在起伏不平的地面上鋪一層均勻平整的地毯，不僅容易鋪不勻，還可能造成器件性能下降、壽命變短，特別是對于需要彎曲使用的柔性器件，問題更為嚴(yán)重。”葉繼春介紹。

研究團(tuán)隊提出并發(fā)展了一種創(chuàng)新性的反溶劑種子層策略，通過解耦SAMs（自組裝單分子層）的溶解與吸附過程，實現(xiàn)界面與結(jié)構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化。同時，在反溶劑中預(yù)混入鈣鈦礦晶種，有效改善前驅(qū)體溶液的潤濕行為，提升薄膜結(jié)晶質(zhì)量，最終實現(xiàn)鈣鈦礦頂電池與CIGS底電池的穩(wěn)固結(jié)合。這一策略顯著提升了疊層器件的制備一致性、運(yùn)行穩(wěn)定性和機(jī)械可靠性，為柔性鈣鈦礦/CIGS疊層電池的發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

葉繼春表示，這項新技術(shù)不僅在柔性疊層太陽能電池的效率和穩(wěn)定性方面取得了重要突破，還具備良好的規(guī)模化生產(chǎn)潛力，有望推動下一代高性能太陽能產(chǎn)品走進(jìn)現(xiàn)實生活。