破纪录！柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池效率达33.6%

柔性太阳能电池在航空航天、可穿戴电子等新兴应用领域具有独特优势，然而其发展长期受限于一个核心矛盾：难以在高转换效率、机械柔性和运行稳定性之间实现协同提升。尽管刚性钙钛矿/硅叠层电池的效率已突破34%，柔性叠层电池的性能却显著落后，严重制约了其实际应用。美能钙钛矿复合式MPPT测试仪采用AAA级LED太阳光模拟器作为老化光源，可通过多种方式对电池进行控温并控制电池所处的环境氛围，进行长期的稳定性能测试。

本研究通过两项关键技术创新实现了突破：采用反应等离子体沉积（RPD）制备的铈氢共掺氧化铟（ICO:H）作为复合层（RL），显著提升了自组装单分子层的覆盖密度和界面电荷传输效率；同时开发了原位退火工艺处理的锌掺杂氧化铟（IZO）前透明电极，同步优化了其电学特性、光学透过率和机械韧性。基于这些创新，成功制备出认证效率达33.6%的柔性叠层电池，其开路电压高达2.015V，在反复弯曲和湿热测试中均展现出优异的耐久性。这项工作为高性能柔性光伏技术的发展开辟了新的路径。

电池结构和性能

柔性钙钛矿/硅叠层电池性能

核心结构：“超薄底电池 + 高效顶电池 + 关键功能层”

该柔性叠层电池采用 “双层子电池 + 双功能层” 的核心架构：

底电池：选用厚度仅 65 μm 的超薄硅异质结（SHJ）电池，两侧均设计亚微米纹理，既保证柔性，又能增强光吸收；

顶电池：搭配禁带宽度 1.68 eV 的宽禁带钙钛矿吸收层，可高效利用硅电池难以吸收的短波太阳光；

关键功能层：引入反应等离子体沉积（RPD）制备的铈氢共掺杂氧化铟（ICO:H）复合层（RL），以及原位退火处理的锌掺杂氧化铟（IZO）前透明电极，解决传统柔性电池 “界面电荷转移差、电极易开裂” 的痛点。

性能亮点：效率与参数双突破

复合层与前电极工程优化后的柔性叠层电池性能

有无背反射器（RR）的柔性叠层电池性能

刚性叠层电池的性能

经中国光伏测试中心（CPVT，获国际 ILAC 认可）认证，该 “冠军电池” 的核心性能指标显著领先：

光电转换效率（PCE）：33.6%，三十个同批次电池平均效率达 33.2%；

开路电压（Voc）：2.015 V，是当前禁带宽度 1.67-1.68 eV 钙钛矿 / 硅叠层电池的最高值；

填充因子（FF）：81.9%，短路电流密度（Jsc）：20.36 mA・cm⁻²；

稳定输出：在最大功率点（MPP）跟踪测试中，稳定效率达33.2%，远超采用传统 ITO 复合层 + 非退火 IZO 电极的对照电池（PCE 仅 31.52%）。

这一性能突破的关键在于：ICO:H 复合层表面的自组装单分子层（SAMs）锚定更致密，增强了界面电荷转移；超薄硅底电池则减少了体相复合和沉积损伤，同时原位退火 IZO 电极的高透光性与背反射器设计，弥补了硅片减薄导致的电流损失 —— 最终钙钛矿顶电池与硅底电池分别输出 21.65 mA・cm⁻² 和 20.45 mA・cm⁻² 的电流，实现 “高效匹配”。

柔韧性与稳定性双达标

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柔性叠层电池的柔韧性与稳定性

柔性电池的核心竞争力在于“可弯曲 + 长寿命”，该研究在这两方面均实现突破：

机械柔韧性：弯曲循环后性能稳

在厘米级面积的电池上，即使弯曲至 10 mm 的极小弯曲半径（Rb），仍保持优异耐用性：

经 5000 次循环弯曲测试，当 Rb=17.6 mm 时，效率保留初始值的 91.2%；Rb=10 mm 时，仍保留 84.8%；

压缩应力下（Rb=17.6 mm），5000 次循环后效率保留率达 93%，远优于对照电池（相同条件下仅保留 61.9%-78.6%）；

三点弯曲测试显示，钙钛矿顶电池的存在使 SHJ 底电池的抗裂能力提升 —— 开裂时的垂直位移从 2.04 mm 增至2.34 mm，本质是 “机械中性面转移” 减少了硅衬底的应变。

长期稳定性：湿热与光照下寿命长

封装后的电池在严苛环境下表现出高可靠性：

运行稳定性：氮气氛围、AM1.5 G 光照下，“T80 寿命”（效率保留 80% 的时间）超 2000 小时，对照电池仅约 800 小时；即使弯曲状态（Rb=17.6 mm），T80 仍达 1600 小时；

湿热稳定性：85℃、85% 相对湿度环境中，1000 小时后效率保留 90%，优于对照电池的 74%，性能与当前最优刚性叠层电池持平。

技术核心：两大创新破解行业痛点

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该研究的突破并非偶然，而是依托 “复合层” 与 “电极” 两大关键技术的创新，针对性解决传统柔性电池的短板：

ICO:H 复合层：替代 ITO，解决 “界面差” 问题

Me-4PACz在ICO:H上的吸附行为

ICO:H 复合层（RL）厚度对柔性叠层电池性能的影响

复合层是连接钙钛矿顶电池与硅底电池的 “桥梁”，传统 ITO 复合层因表面羟基（-OH）少，导致 SAMs 覆盖稀疏，界面电荷转移效率低。而 ICO:H 复合层通过三大优势破解这一问题：

羟基含量高：X 射线光电子能谱（XPS）显示，ICO:H 表面羟基占比 45.7%，是 ITO（30.0%）的 1.5 倍，为 SAMs 提供更多锚定位点；

吸附能力强：密度泛函理论（DFT）计算表明，SAMs 材料 Me-4PACz 与 ICO:H 的吸附能（-3.22 eV）高于 ITO（-2.54 eV），锚定后 ICO:H 的羟基占比降至 15.3%（ITO 为 23.4%），SAMs 覆盖更致密；

电荷转移优：ICO:H 的功函数达 5.06 eV（ITO 为 4.98 eV），且表面电势更均匀，显著提升钙钛矿 / 复合层界面的电荷转移效率，同时促进钙钛矿晶粒垂直生长（减少空隙与残留 PbI₂），结晶度更高。

原位退火 IZO 电极：改进工艺，解决 “电极脆” 问题

原位退火 IZO 前电极

原位退火温度对含 ICO:H 复合层（RL）柔性叠层电池性能的影响

前透明电极需同时满足“高导电、高透光、抗弯曲”，传统室温溅射 IZO 电极易开裂、电阻高。该研究通过“原位退火”工艺改进：

电学性能提升：衬底温度优化至 75℃时，40 nm 厚 IZO 的方块电阻（Rs）从 160 Ω/□降至 100 Ω/□，载流子迁移率从 40 cm²・V⁻¹・s⁻¹ 升至 50.7 cm²・V⁻¹・s⁻¹；

结构更稳定：原位退火促进 IZO 晶粒生长，氧空位比例从 35.5% 降至 29.2%，减少卤素扩散路径，避免银电极腐蚀；

机械耐用性强：5000 次弯曲循环后，原位退火 IZO 的电阻仅从 99 Ω/□增至 118 Ω/□，无裂纹；传统 IZO 则从 162 Ω/□激增至 521 Ω/□，且出现明显裂纹。

本研究通过精妙的界面工程和电极工程，成功地将柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池的效率推向了33.6%的新高度，并同时赋予了其出色的机械柔韧性和工作稳定性。这不仅显著缩小了柔性电池与刚性电池之间的性能差距，更为未来在航空航天、可穿戴设备、移动能源等需要轻质、高效能源解决方案的领域开辟了广阔的应用前景。

钙钛矿复合式MPPT测试仪

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美能钙钛矿复合式MPPT测试仪采用A+AA+级LED太阳光模拟器作为老化光源，以其先进的技术和多功能设计，为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。

• 3A+光源，光源寿命10000h+，真实还原各场景实际光照条件

可选配恒温恒湿箱，满足IS0S标准

多型号电子负载可选，多通道独立运行

不同波段光谱输出可调：7.350-400nm/400-750nm/750-1150nm均独立可控

美能钙钛矿复合式MPPT测试仪主要应用于成品钙钛矿单结，叠层成品电池稳定性测试。由于钙钛矿电池的输出特性易受光照、温度等环境因素影响，其最大功率点会频繁波动。MPPT控制器通过实时追踪并锁定最大功率点，能确保系统始终以最优功率输出。这不仅能最大化发电量，还能提升整个光伏系统的工作稳定性和经济性。

原文参考：Flexible perovskite/silicon tandem solar cells with 33.6% efficiency

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