近年来，全球能源结构转型的需求日益紧迫，太阳能作为最具潜力的清洁能源之一，备受科学界和工业界的关注。柔性太阳能电池因其轻便、便携及易集成的优势，被视为未来光伏技术的重要发展方向。中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队近期发表在权威期刊《自然能源》上的一项研究成果揭示，一种新型的柔性钙钛矿/铜铟镓硒（CIGS）叠层太阳能电池不仅实现了业内领先的24.6%转换效率，而且在反复弯折3000次后仍能保持超过90%的初始效率，显著提升了产品的实际应用潜力。 该柔性叠层太阳能电池的核心优势，在于其结合了钙钛矿材料的高光电转换效率，以及CIGS半导体材料的稳定性和优良的光吸收性能。CIGS材料长期以来被认为是柔性光伏应用中的优选底层材料，因其带隙可调、吸光强度大且对温度变化敏感度低，极大地提升了电池的稳定性和耐用性。然而，CIGS表面粗糙的特性为钙钛矿顶层的制造带来了挑战，影响了后者的晶体质量和与底层的粘合效果，限制了叠层电池的整体性能。
解决这一难题的关键在研究团队创新性的“抗溶剂种子法”。该技术巧妙地将自组装单分子层（SAM）的吸附与溶解过程分开进行，同时在钙钛矿晶体生长初期引入预混合种子层。通过选择高极性溶剂避免SAM团聚，并采用低极性溶剂促进密集SAM的形成，显著优化了钙钛矿材料的润湿性和晶体致密度。这种方法不仅提高了钙钛矿层与粗糙CIGS底层的结合强度，还提高了钙钛矿晶体的质量和电荷传输效率。 在实验中，研究人员制备了面积为1.09平方厘米的单片柔性钙钛矿/CIGS叠层电池。经过性能测试，电池的稳态转换效率达到24.6%，经权威机构认证的效率为23.8%，这一数值已达到甚至超过当前可弯折薄膜太阳能电池的纪录。
更令人瞩目的是，该设备在进行3000次半径为1厘米的弯折循环后，依然保持了超过90%的效率，展现出卓越的机械耐久性。 此项技术突破的意义深远。首先，具有高转换率的柔性太阳能电池有望满足未来移动设备、可穿戴设备以及建筑一体化光伏（BIPV）等多样化场景对轻薄灵活电池的需求。其次，耐弯折性能的提升为太阳能装置的实际安装与运输条件下的高可靠性提供了保证，进一步降低了后续使用和维护成本。 最重要的是，该创新方法为高品质钙钛矿薄膜的制备提供了一条通用路径。随着制备技术的成熟和成本的逐步降低，柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池的产业化前景愈发光明。
中国科学院的最新成果不仅在科学理论层面深化了对钙钛矿叠层结构界面工程的理解，也为业界提供了新的研发思路和设计范式。 对比传统的刚性硅基太阳能电池，柔性钙钛矿/CIGS叠层电池具备独特的应用优势。在重量上，它们的轻量特性使其适合于航空航天、无人机供电等对载重敏感的领域。柔性的特征亦允许太阳能设备进行弯曲、折叠甚至卷起，扩大了安装场地的可适应性。此外，叠层结构通过合理的能带匹配，将不同材料的优点最大化，进一步推动光转换效率达到新的高度。 从全球能源转型角度看，提升太阳能转换效率和延长电池使用寿命，是实现可持续发展的关键一环。
中国科学家的这项工作在材料科学、光电工程及柔性电子领域的交叉融合体现出技术创新的力量。未来，结合纳米技术、界面化学和材料合成工艺的不断完善，柔性叠层太阳能电池的性能预计将持续提升，成本有望进一步降低，促使其成为主流的绿色能源解决方案。 研究团队也指出，后续将重点改进电池的大面积制备技术及模块封装工艺，提高设备的商业可靠性和耐久性。同时，拓展叠层电池在薄膜光伏和建筑窗体发电等方向的推广应用空间，是促进技术成果转化为实际经济效益的重要步骤。 总体而言，柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池以其卓越的效率和可靠的机械性能，代表了太阳能技术的未来趋势。它不仅提升了光伏发电的技术边界，更为推动绿色低碳能源发展注入了强大动力。
预计随着技术的不断迭代和产业链的完善，这一创新成果将在解决全球能源危机、促进环境保护及实现碳中和目标方面发挥广泛而积极的作用。
