當太陽能電池既能高效轉化光能，又能隨意彎折、輕薄如紙，光伏應用的邊界將被徹底打破。一項發表于《自然》雜志的研究，通過創新的“雙緩沖層”設計，成功制備出效率高達33.4%、可反復彎折4.3萬次的柔性疊層太陽能電池，為可穿戴能源、建筑一體化光伏等領域帶來革命性突破。

一、研究背景與挑戰

【資料圖】

鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池因其超越單結電池的理論效率極限，成為下一代光伏技術的研究熱點。然而，柔性疊層電池在彎折過程中易發生界面剝離，尤其在后續濺射沉積透明電極時，離子轟擊會加劇材料損傷，嚴重影響器件的機械穩定性和使用壽命。

二、研究亮點

首次提出“致密/疏松”雙緩沖SnO?層策略，兼顧電荷提取與應力釋放;

小面積(1 cm2)電池認證效率達33.35%，大面積(260 cm2)組件效率達29.8%，創柔性光伏紀錄;

功率重量比高達1.77 W/g，遠超現有柔性電池;

經4.3萬次彎曲、250次冷熱循環后，效率仍保持97%以上，具備極強機械與環境穩定性。

三、核心機理

研究團隊通過調控原子層沉積過程中的吹掃時間，制備出兩種結構迥異的SnO?層：

致密SnO?層(吹掃10秒)：具有良好的電荷提取與界面鈍化能力，保障高效率;

疏松SnO?層(吹掃2秒)：呈現多孔結構，可有效吸收濺射與彎折過程中的應力，防止界面剝離。雙層協同作用，既保護底層鈣鈦礦與C??層，又維持高效電子傳輸路徑。

四、機理驗證與對比實驗

剝離實驗顯示，疏松SnO?層樣品的粘附功比致密層高5倍;

微觀應變分析證實，疏松層顯著降低鈣鈦礦薄膜的內應力;

光致發光成像表明，雙緩沖層器件在彎曲后仍保持均勻發光，無界面退化;

認證效率經NREL與Fraunhofer ISE雙重驗證，效率與穩定性均達行業頂尖水平。

五、總結與展望

本研究不僅突破了柔性疊層太陽能電池的效率與耐久性瓶頸，更展示了一種通用性強的界面應力管理策略，適用于多種柔性光電器件。未來，該技術有望推動：

可穿戴電子設備的自供電系統;

輕型化、可卷曲的光伏發電產品;

建筑表面一體化柔性光伏組件。這項成果標志著柔性光伏技術正式步入“高效率+高可靠”并重的新階段。

參考文獻

Fang, Z. et al. Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer. Nature (2025).

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09835-w

關鍵詞： 太陽能電池 光伏技術 光伏發電