1 工作简介

         ——高效柔性晶硅钙钛矿叠层光伏器件

单晶硅电池的实验室最高转换效率已接近其29.4%的理论极限，而钙钛矿与晶硅构建为叠层结构，可充分利用不同波长太阳光，电池理论效率能达43%以上，已被公认为是新一代颠覆性光伏技术。其中，基于超薄硅片的柔性叠层电池以其超凡的轻量化（超高功率-重量比）和可弯曲特性，有望解锁太空能源、可穿戴设备和建筑曲面光伏等前沿领域。然而钙钛矿功能层在反复弯曲和温度变化下界面极易分层失效，导致其稳定性和使用寿命远不及刚性器件，严重阻碍了商业化进程。

苏州大学张晓宏、刘江教授团队联合隆基绿能何博博士团队针对柔性叠层器件界面分层失效的核心问题，创新设计了一种“一紧一松”的双缓冲层结构。精心设计的疏松SnO_x层能像弹簧床垫一样吸收和耗散应变能，有效缓解制备过程中离子轰击和后续使用中形变带来的机械应力；而致密的SnO_x层可确保高效的界面电荷提取和稳固的电学连接。

这种“刚柔并济”的分层设计在纳米尺度上完美协调了应力缓冲与高效传输这对矛盾的需求，为柔性叠层电池披上了“耐用铠甲”。基于此制备的超薄柔性钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池（仅60微米左右）在实验室尺寸上（~1 cm²）获得了国际权威认证机构（美国可再生能源实验室）认证效率达33.4%，在全硅片尺寸上（~261 cm²）效率高达29.8%，创下该类型器件新的世界纪录。其功率/重量比高达1.77 W/g，轻量化优势卓著。同时，基于该技术的柔性叠层器件也展现了卓越的稳定性，在经历43000次极端弯折（弯曲半径42 mm）后仍保持初始效率的97%；在-40℃至85℃剧烈温差循环老化250个周期后也保持了初始效率的97%。

图1. 双缓冲层的创新结构设计理念与特性。

图2. 创纪录柔性叠层电池的光伏性能参数。

该研究成果以《基于双缓冲层策略的柔性钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池》（Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer）为题，于2025年11月10日在《自然》（Nature）上发表。苏州大学博士后方正、苏州大学博士生丁蕾、隆基绿能研究院杨莹、顾小兵为论文共同第一作者，苏州大学张晓宏教授、刘江教授、隆基研究院何博、曲铭浩、徐希翔、李振国等为通讯作者。

2 主要作者简介

第一作者

方正，苏州大学能源学院博士后。

主要从事叠层光伏器件的研究，以第一作者身份在Nature、Nature communication、Advanced Materials等期刊发表论文5篇。

通讯作者

张晓宏，苏州大学教授、博士生导师。国家杰出青年基金获得者，教育部国家级重点人才，国家基金委创新研究群体项目负责人。

主要从事光电功能材料领域的研究，已在Nature（5篇）、Nat. Energy、Nat. Photon.、Nat. Mater.、Nat. Electron.等期刊（SCI）发表研究论文570余篇，他引2.6万余次；获美国和中国发明专利 50 余项，部分创新成果实现产业应用。获国家自然科学奖二等奖1项，何梁何利基金科学与技术进步奖1项，省部级科学技术一等奖4项等多项荣誉。

通讯作者

刘江，苏州大学特聘教授，博士生导师，国家海外优青项目获得者，江苏省双创团队领军人才，江苏省杰出青年科学基金获得者。

主要从事光伏材料与器件的研究工作，在Science（1篇）、Nature（3篇）、Joule等期刊已发表SCI论文70余篇。主持国家重点研发计划课题，国家自然科学基金青年基金、面上项目、四川省重点研发计划，中物院协同创新基金，中物院科学技术发展基金等10余项。作为一作兼通讯发表的Nature论文研究成果曾首次突破了单结光伏器件肖克利-奎塞尔（S-Q）理论极限，入选了2024年度“中国科学十大进展”候选项目。

通讯作者

何博，隆基绿能研究院技术总监，江苏省双创人才，北京市海聚人才，西安市科技领军人才，中国光伏行业协会钙钛矿电池标准工作组成员。

创建了隆基绿能叠层电池研发实验室，带领团队多次刷新硅基叠层电池世界纪录，叠层电池研究成果入选《麻省理工科技评论》2024年“全球十大突破性技术”；2023年、2024年连续两年入选《中国光伏领域重大科技进展》。研发叠层电池效率自 2022年起连续三年入选中国太阳电池最高效率；自 2023 年起连续入选世界太阳能之父马丁格林编撰《全球太阳电池最高效率纪录表》第 63、64、65 和 66 版。在Nature（3篇）、Science（1篇）、JACS等发表学术论文50余篇，被引5000余次，H因子25；申请美国专利12项、中国专利164项，授权美国专利6项、中国专利63项；主导编制 4 项光伏行业标准。作为项目负责人主持在研工信部重大中试专项叠层电池项目；作为课题负责人承担在研1项科技部十四五重点研发项目叠层电池项目和2项陕西省两链融合光伏产业集群重大攻关项目。

3 原文传递

详情请点击论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09835-w#article-info