本站 2 月 6 日消息，本站從西湖大學微信公眾號獲悉，該校未來產業研究中心、工學院王睿團隊在柔性疊層太陽電池領域取得重要突破 —— 他們成功讓鈣鈦礦與銅銦鎵硒兩種材料疊在一起，光電轉換效率達到 23.4%。相關研究成果日前刊發在《自然?光子學》期刊上。

“這種柔性輕薄的疊層太陽電池，厚度僅相當于一根頭發絲的直徑，其未來有望應用于建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設備等多個領域。”王睿介紹。

如果把單結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不同的半導體材料層，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化為電能，從而突破單結太陽電池轉換效率天花板。

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

王睿團隊選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒（CIGS）這兩種材料進行疊層研究。

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備，并對參數進行嚴格優化和控制。

2022 年，王睿實驗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工作。經過一年多嘗試，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，達不到預期效果。2023 年底，團隊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現，其中一個樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后，王睿團隊通過優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上實現了快速突破，光電轉換效率不斷攀升。