柔性太陽能電池在航空航天、可穿戴電子等新興應用領域具有獨特優勢，然而其發展長期受限于一個核心矛盾：難以在高轉換效率、機械柔性和運行穩定性之間實現協同提升。盡管剛性鈣鈦礦/硅疊層電池的效率已突破34%，柔性疊層電池的性能卻顯著落后，嚴重制約了其實際應用。美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀采用AAA級LED太陽光模擬器作為老化光源，可通過多種方式對電池進行控溫并控制電池所處的環境氛圍，進行長期的穩定性能測試。

本研究通過兩項關鍵技術創新實現了突破：采用反應等離子體沉積（RPD）制備的鈰氫共摻氧化銦（ICO:H）作為復合層（RL），顯著提升了自組裝單分子層的覆蓋密度和界面電荷傳輸效率；同時開發了原位退火工藝處理的鋅摻雜氧化銦（IZO）前透明電極，同步優化了其電學特性、光學透過率和機械韌性?；谶@些創新，成功制備出認證效率達33.6%的柔性疊層電池，其開路電壓高達2.015V，在反復彎曲和濕熱測試中均展現出優異的耐久性。這項工作為高性能柔性光伏技術的發展開辟了新的路徑。

電池結構和性能

柔性鈣鈦礦/硅疊層電池性能

核心結構：“超薄底電池 + 高效頂電池 + 關鍵功能層”

該柔性疊層電池采用 “雙層子電池 + 雙功能層” 的核心架構：

底電池：選用厚度僅 65 μm 的超薄硅異質結（SHJ）電池，兩側均設計亞微米紋理，既保證柔性，又能增強光吸收；

頂電池：搭配禁帶寬度 1.68 eV 的寬禁帶鈣鈦礦吸收層，可高效利用硅電池難以吸收的短波太陽光；

關鍵功能層：引入反應等離子體沉積（RPD）制備的鈰氫共摻雜氧化銦（ICO:H）復合層（RL），以及原位退火處理的鋅摻雜氧化銦（IZO）前透明電極，解決傳統柔性電池 “界面電荷轉移差、電極易開裂” 的痛點。

性能亮點：效率與參數雙突破

復合層與前電極工程優化后的柔性疊層電池性能

有無背反射器（RR）的柔性疊層電池性能

剛性疊層電池的性能

經中國光伏測試中心（CPVT，獲國際 ILAC 認可）認證，該 “冠軍電池” 的核心性能指標顯著領先：

光電轉換效率（PCE）：33.6%，三十個同批次電池平均效率達 33.2%；

開路電壓（Voc）：2.015 V，是當前禁帶寬度 1.67-1.68 eV 鈣鈦礦 / 硅疊層電池的最高值；

填充因子（FF）：81.9%，短路電流密度（Jsc）：20.36 mA?cm?2；

穩定輸出：在最大功率點（MPP）跟蹤測試中，穩定效率達33.2%，遠超采用傳統 ITO 復合層 + 非退火 IZO 電極的對照電池（PCE 僅 31.52%）。

這一性能突破的關鍵在于：ICO:H 復合層表面的自組裝單分子層（SAMs）錨定更致密，增強了界面電荷轉移；超薄硅底電池則減少了體相復合和沉積損傷，同時原位退火 IZO 電極的高透光性與背反射器設計，彌補了硅片減薄導致的電流損失 —— 最終鈣鈦礦頂電池與硅底電池分別輸出 21.65 mA?cm?2 和 20.45 mA?cm?2 的電流，實現 “高效匹配”。

柔韌性與穩定性雙達標

Millennial Solar

柔性疊層電池的柔韌性與穩定性

柔性電池的核心競爭力在于“可彎曲 + 長壽命”，該研究在這兩方面均實現突破：

機械柔韌性：彎曲循環后性能穩

在厘米級面積的電池上，即使彎曲至 10 mm 的極小彎曲半徑（Rb），仍保持優異耐用性：

經 5000 次循環彎曲測試，當 Rb=17.6 mm 時，效率保留初始值的 91.2%；Rb=10 mm 時，仍保留 84.8%；

壓縮應力下（Rb=17.6 mm），5000 次循環后效率保留率達 93%，遠優于對照電池（相同條件下僅保留 61.9%-78.6%）；

三點彎曲測試顯示，鈣鈦礦頂電池的存在使 SHJ 底電池的抗裂能力提升 —— 開裂時的垂直位移從 2.04 mm 增至2.34 mm，本質是 “機械中性面轉移” 減少了硅襯底的應變。

長期穩定性：濕熱與光照下壽命長

封裝后的電池在嚴苛環境下表現出高可靠性：

運行穩定性：氮氣氛圍、AM1.5 G 光照下，“T80 壽命”（效率保留 80% 的時間）超 2000 小時，對照電池僅約 800 小時；即使彎曲狀態（Rb=17.6 mm），T80 仍達 1600 小時；

濕熱穩定性：85℃、85% 相對濕度環境中，1000 小時后效率保留 90%，優于對照電池的 74%，性能與當前最優剛性疊層電池持平。

技術核心：兩大創新破解行業痛點

Millennial Solar

該研究的突破并非偶然，而是依托 “復合層” 與 “電極” 兩大關鍵技術的創新，針對性解決傳統柔性電池的短板：

ICO:H 復合層：替代 ITO，解決 “界面差” 問題

Me-4PACz在ICO:H上的吸附行為

ICO:H 復合層（RL）厚度對柔性疊層電池性能的影響

復合層是連接鈣鈦礦頂電池與硅底電池的 “橋梁”，傳統 ITO 復合層因表面羥基（-OH）少，導致 SAMs 覆蓋稀疏，界面電荷轉移效率低。而 ICO:H 復合層通過三大優勢破解這一問題：

羥基含量高：X 射線光電子能譜（XPS）顯示，ICO:H 表面羥基占比 45.7%，是 ITO（30.0%）的 1.5 倍，為 SAMs 提供更多錨定位點；

吸附能力強：密度泛函理論（DFT）計算表明，SAMs 材料 Me-4PACz 與 ICO:H 的吸附能（-3.22 eV）高于 ITO（-2.54 eV），錨定后 ICO:H 的羥基占比降至 15.3%（ITO 為 23.4%），SAMs 覆蓋更致密；

電荷轉移優：ICO:H 的功函數達 5.06 eV（ITO 為 4.98 eV），且表面電勢更均勻，顯著提升鈣鈦礦 / 復合層界面的電荷轉移效率，同時促進鈣鈦礦晶粒垂直生長（減少空隙與殘留 PbI?），結晶度更高。

原位退火 IZO 電極：改進工藝，解決 “電極脆” 問題

原位退火 IZO 前電極

原位退火溫度對含 ICO:H 復合層（RL）柔性疊層電池性能的影響

前透明電極需同時滿足“高導電、高透光、抗彎曲”，傳統室溫濺射 IZO 電極易開裂、電阻高。該研究通過“原位退火”工藝改進：

電學性能提升：襯底溫度優化至 75℃時，40 nm 厚 IZO 的方塊電阻（Rs）從 160 Ω/□降至 100 Ω/□，載流子遷移率從 40 cm2?V?1?s?1 升至 50.7 cm2?V?1?s?1；

結構更穩定：原位退火促進 IZO 晶粒生長，氧空位比例從 35.5% 降至 29.2%，減少鹵素擴散路徑，避免銀電極腐蝕；

機械耐用性強：5000 次彎曲循環后，原位退火 IZO 的電阻僅從 99 Ω/□增至 118 Ω/□，無裂紋；傳統 IZO 則從 162 Ω/□激增至 521 Ω/□，且出現明顯裂紋。

本研究通過精妙的界面工程和電極工程，成功地將柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率推向了33.6%的新高度，并同時賦予了其出色的機械柔韌性和工作穩定性。這不僅顯著縮小了柔性電池與剛性電池之間的性能差距，更為未來在航空航天、可穿戴設備、移動能源等需要輕質、高效能源解決方案的領域開辟了廣闊的應用前景。

鈣鈦礦復合式MPPT測試儀

Millennial Solar

美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 3A+光源，光源壽命10000h+，真實還原各場景實際光照條件

可選配恒溫恒濕箱，滿足IS0S標準

多型號電子負載可選，多通道獨立運行

不同波段光譜輸出可調：7.350-400nm/400-750nm/750-1150nm均獨立可控

美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀主要應用于成品鈣鈦礦單結，疊層成品電池穩定性測試。由于鈣鈦礦電池的輸出特性易受光照、溫度等環境因素影響，其最大功率點會頻繁波動。MPPT控制器通過實時追蹤并鎖定最大功率點，能確保系統始終以最優功率輸出。這不僅能最大化發電量，還能提升整個光伏系統的工作穩定性和經濟性。

原文參考：Flexible perovskite/silicon tandem solar cells with 33.6% efficiency

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。