钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池兼具高效能与低成本的优势，拥有巨大的发展潜力。两端电池结构中，晶体硅（c-Si）底电池与宽带隙（1.65-1.7 eV）钙钛矿顶电池直接串联，可能高效地利用分歧波段的太阳光：高能光子被钙钛矿吸收，透射的低能光子则被晶硅底电池捕获。近年来，通过宽带隙钙钛矿组分与增长剂工程、界面建饰战术以及叠层电池的光学和结构优化等多方面致力，钙钛矿-晶硅叠层电池的光电转换效能达到34.9%，成功超过单结电池的理论效能极限，是当前光伏技术领域最具潜力的钻研方向之一。而柔性的钙钛矿-晶硅叠层电池在航空航天电源、可穿戴电子设备、便携式能源、曲面构筑一体化光伏（BIPV）及物联网（IoT）等场景将拥有更辽阔的利用远景。然而，柔性钙钛矿-硅叠层电池的发展持久显著滞后于刚性器件，晶体硅本征刚性传统上限度了器件的弯曲能力，同时界面职能层在反复弯折和温度循环下极易产生剥离与失效，导致不变性和寿命远逊于刚性电池。近期，《天然》杂志同时颁发的两项柔性钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池的钻研，报路了该方向效能及不变性的沉猛进展。

在第一项钻研中，信阳大学张晓宏、刘江结合隆基绿能科技的何博、徐希翔和李振国等人报路了一种“双缓冲层”战术，针对电子传输层上面的氧化锡（SnOx）界面缓冲层，该钻研团队通过在其原子层沉积的造备过程中调控吹扫功夫，造备了拥有分歧致密度的两层SnOx薄膜，较长功夫吹扫所造备的致密层能提供优良的电荷提取和电学接触，而疏松层可作为应力开释层，有效缓解后续溅射通明电极过程中离子轰击以及现实工作中形变带来的机械应力危险；诟媒嶙橹傅娜嵝愿祁芽-晶硅（约60微米厚度）叠层电池，在1cm?面积上获得33.4%的认证效能；在约260cm?晶圆级组件上实现29.8%的认证效能，初次实现了晶圆级柔性叠层电池，且大面积器件功率/沉量比达到1.77W/g，轻量化优势卓著，凸显其大规模轻质光伏利用潜力；诟眉际醯娜嵝缘层器件在温差循环（-40℃至85℃）老化250个周期后维持了97%的初始效能；在43000次弯折（弯曲半径42 mm）后也维持97%以上的初始效能，实现了优异的机械韧性。

图1.使用双缓冲层氧化锡的柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池，机能分析及各项参数对比。(a)基于双面织构柔性硅异质结底电池的单片钙钛矿-硅叠层太阳能电池示意图；右侧扫描电镜截面图显示顶部钙钛矿电池结构及约60μm厚超薄硅片。(b)原子层沉积造备致密SnOx层与疏松SnOx层。(c)致密与疏松SnOx层的高分辨透射电镜（TEM）图像几何相位分析（GPA）。(d)稳态光致发光（PL）光谱。(e,f)电流密度-电压（J-V）曲线及最大功率输出点。(g)60μm厚硅片M6尺寸轻质钙钛矿/硅叠层太阳能电池折叠照片。(h)封装叠层太阳能电池的热循环测试（-40℃至85℃）。(i)晶圆级轻质未封装叠层器件功率转换效能（PCE）随弯折循环次数的演变，插图为工业级M6尺寸叠层器件弯折测试前后的荧光光谱成像。

同期颁发的第二项钻研中，信阳大学张晓宏、杨新波结合阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf等人的报路，也针对柔性结构钙钛矿-晶硅钙钛矿电池的职能层及界面进行了优化。首先，选取反映等离子体沉积造备铈-氢共掺氧化铟（ICO:H），取代常用的锡掺氧化铟（ITO）作为界面复合层，降低了该层的沉积危险，提升了该层的载流子迁徙率。此表也提升了后续自组装分子空穴传输层的覆盖杜纂界面电荷复合机能，并有效诱导后续钙钛矿的结晶成长。另表，在掺锌氧化铟（IZO）前端通明电极沉积过程中同步原位低温（75℃）退火，实现兼具高导电性、高透光性与优异的机械韧性。最终研造出的柔性钙钛矿-晶硅叠层电池效能高达33.6%，开路电压达到2.015 V。该柔性叠层电池经过5000次弯折后（弯曲半径17.6 mm）维持93%的初始效能。除了高效能与强柔韧性，该电池在陆续光照下工作2000幼时能维持初始效能的80%，不变性与刚性叠层电池相当。

图2.选取ICO:H做界面复合层及原位退火通明电极的柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池，机能分析及各项参数对比。(a)柔性叠层电池示意图。(b)器件截面扫描电子显微镜（SEM）图、高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）图及能谱（EDX）mapping。(c)密度泛函理论（DFT）推算：4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基膦酸（Me-4PACz）别离吸附于ICO:H与通例ITO表表的吸附能及电荷转移情况。(d)开尔文探针力显微镜（KPFM）图像：Me-4PACz锚定于ICO:H与ITO表表的电势散布对比。(e)原位退火与未退火IZO薄膜的透光率及吸收对比。(f)从X射线光电子能谱（XPS）分析中提取的In-O、C-O与In-O比例分析。(g)国度光伏质检中心（CPVT）认证的1.0 cm?孔炯积柔性钙钛矿/晶硅叠层电池J-V曲线。(h)封装柔性叠层电池在氮气空气、陆续一个太阳光照下的最大功率点（MPP）跟踪曲线。(i)柔性叠层器件的弯曲测试。

综上，两项钻研为各人提供了更多光伏器件职能层资料造备及优化的新思路，不仅把柔性钙钛矿-晶硅叠层电池的效能推上新高度，也提升了器件的机械韧性及工作不变性。相信未来随着钙钛矿光伏资料及器件优化的持续进取，以及靠得住性封装技术等的开发，这类轻质、高效且耐用的器件有望成为未来绿色能源系统的主题组成部门。

该文章以题为“Advancing highly efficient and mechanically resilient flexible perovskite-silicon tandem solar cells”颁发在Journal of Semiconductors上。

（文章起源：半导体学报）