科技日报记者 刘园园
记者2月5日从西湖大学获悉，该校未来产业研究中心、工学院王睿团队在柔性叠层太阳电池领域取得重要突破——他们成功让钙钛矿与铜铟镓硒两种材料叠在一起，光电转换效率达到23.4%。相关研究成果日前刊发在《自然·光子学》期刊上。
“如果把单结钙钛矿太阳电池比作单层蛋糕，叠层太阳电池便是多层蛋糕。”王睿打比方说，每一层半导体材料层都能“捕捉”特定波长的太阳光。因此它能吸收比“单层”电池更广泛的太阳光能量，更高效地将太阳光转化为电能，从而突破单结太阳电池转换效率天花板。
王睿团队选择将钙钛矿与铜铟镓硒（CIGS）这两种材料进行叠层研究。在王睿看来，钙钛矿与柔性铜铟镓硒相组合制备太阳电池非常有潜力，因为它在稳定性和转换效率方面具有先天的显著优势。
制备叠层太阳电池，如同在微观世界里做蛋糕，是个手艺活。这块“蛋糕”不仅有15层之多，而且对每一层的厚度、均匀性都有严格要求——每一层最好不要有孔洞，不同层的制备往往需要使用不同的仪器设备，而且需要对参数进行严格优化和控制。
2022年，王睿实验室启动两端柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池研发工作。经过一年多尝试，铜铟镓硒基底上的钙钛矿薄膜依然布满孔洞，无法形成致密光吸收层。到2023年底，研究团队中多数博士生转向其他课题，只有田柳文继续坚持，并且在不断测试中调整研究思路。田柳文和王睿商量后决定，跳出之前一直使用同一种钙钛矿薄膜制备工艺的思维定势，在铜铟镓硒基底上尝试不同的钙钛矿薄膜制备工艺。
遭遇多次失败后，他们终于在电镜下首次发现，其中一个样品具有均匀致密的钙钛矿表面形貌。此后，王睿团队通过优化钙钛矿层以及其它层的制备工艺，在两端柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池技术上实现了快速突破，光电转换效率不断攀升。
“这种柔性轻薄的叠层太阳电池，厚度仅相当于一根头发丝的直径，其未来有望应用到建筑、汽车、飞行器、柔性可穿戴设备等多个领域。”王睿介绍。
（西湖大学供图）
