蘇大團(tuán)隊(duì)助力柔性電池效率達(dá)33.6%，接近剛性電池水平

哈嘍，大家好，今天小墨這篇評(píng)論，主要來(lái)分析蘇州大學(xué)團(tuán)隊(duì)如何將柔性太陽(yáng)能電池效率沖破33%，破解兩大技術(shù)瓶頸。

2025年1月2日，蘇州大學(xué)張曉宏教授團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表了一項(xiàng)重磅研究。他們開發(fā)的柔性晶體硅與鈣鈦礦串聯(lián)電池實(shí)現(xiàn)了33.6%的認(rèn)證轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)下柔性串聯(lián)電池的世界紀(jì)錄。

這塊電池薄如紙片，可以像布料一樣隨意彎折。更厲害的是，在經(jīng)歷43000次極端彎折后，仍能保持初始效率的97%。這解決了柔性太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期以來(lái)的兩大痛點(diǎn)，效率低和彎折易損壞。

傳統(tǒng)剛性串聯(lián)電池已經(jīng)能達(dá)到35%以上的轉(zhuǎn)換效率，柔性版本的效率始終落后好幾個(gè)百分點(diǎn)。原因很簡(jiǎn)單，柔性基板需要使用超薄硅片，通常只有60到70微米厚，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的一半。這么薄的硅片在處理過(guò)程中極易破碎，很難實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的界面接觸。

機(jī)械耐久性更是致命問(wèn)題。當(dāng)柔性電池反復(fù)彎曲時(shí)，內(nèi)部各功能層之間會(huì)產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力分布。這些應(yīng)力導(dǎo)致界面分層、微裂紋擴(kuò)展，最終使電池性能急速下降。此前的柔性電池在經(jīng)過(guò)幾千次彎折后，效率就會(huì)大幅衰減，根本沒(méi)法實(shí)際應(yīng)用。

張曉宏團(tuán)隊(duì)的突破點(diǎn)在于創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種"松緊搭配"的雙層緩沖結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)包含一層氫摻雜氧化銦鈰薄膜作為"軟層"，以及一層鋅摻雜氧化銦作為"硬層"。軟層能夠吸收和分散機(jī)械應(yīng)力，硬層則維持穩(wěn)定的電荷傳輸通道。

兩層材料協(xié)同工作，既保證了彎曲時(shí)的結(jié)構(gòu)完整性，又實(shí)現(xiàn)了納米尺度上的高效電荷傳輸。為了制備這種復(fù)雜的緩沖層，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了反應(yīng)等離子體沉積技術(shù)。這種技術(shù)能夠精確控制薄膜的沉積過(guò)程，最大程度減少對(duì)下層鈣鈦礦材料的濺射損傷。

實(shí)驗(yàn)室小面積器件的成功只是第一步，能否放大到工業(yè)尺寸才是技術(shù)能否商用的關(guān)鍵。張曉宏團(tuán)隊(duì)在標(biāo)準(zhǔn)晶圓尺寸的器件上也取得了突破性進(jìn)展。他們制備的261平方厘米大面積柔性串聯(lián)電池實(shí)現(xiàn)了29.8%的效率，這是目前同等尺寸柔性串聯(lián)電池的最高紀(jì)錄。

這一成果證明了這項(xiàng)技術(shù)具備從實(shí)驗(yàn)室走向工廠的潛力。目前全球柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池市場(chǎng)規(guī)模約為9420萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2032年將增長(zhǎng)至8.16億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)30%。整個(gè)柔性太陽(yáng)能電池板市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2025年的118.7億美元增長(zhǎng)到2035年的1164.1億美元。

柔性光伏的應(yīng)用場(chǎng)景正在不斷拓展。在商業(yè)航空航天領(lǐng)域，輕質(zhì)高效的柔性電池可以顯著降低載荷重量，延長(zhǎng)飛行器續(xù)航時(shí)間。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，它可以集成到智能手表、便攜式充電器等設(shè)備中。在建筑領(lǐng)域，柔性電池能夠貼合各種曲面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)真正的光伏建筑一體化。

鈣鈦礦材料本身的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題尚未完全解決。這種材料對(duì)濕度、溫度和紫外線都非常敏感，在戶外環(huán)境中容易發(fā)生降解。鈣鈦礦的高效率來(lái)自于其離子遷移特性，離子遷移恰恰是導(dǎo)致不穩(wěn)定的根源。

大面積均勻制備也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室?guī)灼椒嚼迕椎男〕叽缙骷鄬?duì)容易控制，要制備幾十甚至上百平方厘米的大面積器件，功能層的均勻性、界面質(zhì)量的一致性都面臨巨大挑戰(zhàn)。目前研究者正在嘗試通過(guò)引入大尺寸陽(yáng)離子、優(yōu)化薄膜生長(zhǎng)工藝、開發(fā)新型添加劑等方法來(lái)提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性。

蘇州大學(xué)張曉宏團(tuán)隊(duì)的研究不僅刷新了效率紀(jì)錄，更重要的是提出了系統(tǒng)性的解決方案，從界面力學(xué)設(shè)計(jì)到電學(xué)性能優(yōu)化，為柔性光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的逐步降低，柔性太陽(yáng)能電池有望在未來(lái)能源轉(zhuǎn)型中扮演重要角色。