(问题)全球能源转型与绿色低碳发展背景下,光伏发电作为重要清洁能源之一,提升转换效率、降低度电成本、拓展应用场景成为产业持续攻关方向;当前,传统单晶硅电池实验室效率已逼近理论上限,依靠单一材料体系继续大幅提升空间有限。,面向可穿戴设备、曲面建筑、移动能源等新场景的柔性光伏需求增长,但柔性器件在反复弯折与冷热循环条件下易出现界面失效、性能衰减等问题,稳定性与寿命成为制约产业化的关键瓶颈。 (原因)钙钛矿材料对光谱响应范围广,与晶硅叠层可“分工吸光”,被普遍视为突破效率天花板的重要路径,理论效率上限显著高于单结电池。然而,当叠层结构与超薄硅片结合以实现柔性化后,材料体系在机械应力与热应力作用下更易产生微裂纹、层间剥离与界面复合损失。柔性叠层电池要同时满足高效率与高可靠性,需要在纳米尺度上兼顾电学传输与力学缓冲,这对结构设计、界面工程与制造工艺提出更高要求。 (影响)此次入选“中国科学十大进展”的“高效率稳定的柔性钙钛矿—晶硅叠层太阳能电池技术”,表明了我国在下一代光伏核心技术上的系统性突破。联合团队提出“双缓冲层”界面结构思路,通过一层疏松缓冲吸收耗散应变能、降低弯折带来的机械损伤,另一层致密结构保障界面电荷高效提取与层间稳定连接,实现“力学韧性”与“电学性能”的协同优化。基于该思路制备的约60微米超薄柔性叠层电池在实验室尺度上获得美国可再生能源实验室认证,效率达到33.4%;在全硅片尺寸上效率达到29.8%,并在功率重量比等轻量化指标上表现突出。涉及的突破不仅意味着效率纪录的刷新,更重要的是为柔性叠层从“可做出来”走向“可用、耐用”提供了技术路径。 从产业层面看,柔性叠层电池若能在可靠性、良率与成本上优化,将显著拓宽光伏的应用边界:建筑领域,可面向曲面屋顶、立面与异形结构提供更高适配性;在交通与移动能源领域,可服务于车载、无人系统、便携电源等轻量化需求;在消费电子与特种场景中,也为自供能与分布式供电提供新的解决方案。业内人士指出,这类技术进展将推动我国光伏产业在保持规模与成本优势基础上,深入形成“场景创新”与“系统解决方案”竞争力,促进科技创新与产业创新深度融合。 (对策)面向商业化落地,下一步仍需围绕三上重点发力:一是持续提升长期稳定性与一致性,针对湿热、紫外、热循环与机械疲劳等工况建立更完备的评价体系与加速寿命测试标准;二是推进关键材料与工艺的可制造化,优化界面层沉积、封装体系与超薄硅片加工等环节,提高规模化良率并降低制造成本;三是加强产业链协同与应用牵引,围绕建筑一体化、轻质组件、柔性发电膜等产品形态,推动标准制定、示范项目与应用验证同步开展,形成“研发—中试—示范—量产”的闭环。 (前景)从技术演进趋势看,叠层路线被认为是后硅时代提升光伏效率的重点方向,而柔性化则是打开增量市场的重要抓手。随着界面工程、封装材料与装备工艺迭代,柔性叠层电池有望在更广泛的复杂场景中实现可靠运行,并与储能、智能建造、分布式能源管理深度耦合,形成新的产业增长点。此次成果入选国家年度重大科学进展,也发出明确信号:我国正以更高水平的原创性创新与产学研协同,向光伏前沿技术高地发起持续冲击。
这项突破表明,光伏产业竞争正从单一性能指标转向系统创新能力。只有持续加强基础研究与应用开发的协同,才能推动更多关键技术落地,为绿色能源转型提供有力支撑。