作者：段跃初
在当今全球积极寻求可持续能源解决方案的大背景下，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，受到了广泛关注。近日，西湖大学一科研团队在柔性叠层太阳电池领域取得了令人瞩目的重要突破。

该科研团队成功地将钙钛矿与铜铟镓硒这两种材料创新性地叠合在一起，使柔性叠层太阳电池的光电转换效率达到了 23.4%。这一成果看似只是数字的提升，背后却蕴含着巨大的意义，而这离不开两种材料自身独特的特性。

钙钛矿材料，从化学结构上看，其通式为 ABX₃ ，其中 A 通常是有机阳离子如甲胺离子（CH₃NH₃⁺ ）或甲脒离子（HC (NH₂)₂⁺ ），B 一般为二价金属阳离子如铅离子（Pb²⁺ ）或锡离子（Sn²⁺ ），X 则是卤族元素阴离子如碘离子（I⁻ ）、溴离子（Br⁻ ）或氯离子（Cl⁻ ） 。这种特殊的晶体结构赋予了它卓越的光学和电学性能。在光电性能方面，钙钛矿对光的吸收能力极强，能够高效地将光子转化为电子 - 空穴对。而且，其具有较高的载流子迁移率和扩散长度，这意味着产生的电子和空穴能够在材料中快速移动，减少复合几率，从而提高电池的光电转换效率。从制备工艺角度来说，它的制备工艺相对简单，成本较低。通常可以采用溶液旋涂、喷墨打印等溶液加工方法，这些方法易于操作，适合大规模生产，为钙钛矿太阳能电池的商业化推广提供了有力支持。不过，钙钛矿材料也存在一些短板，比如在高温、高湿度等环境下稳定性欠佳，这在一定程度上限制了其单独使用时的应用范围。

铜铟镓硒（CIGS），它是由铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）、硒（Se）四种元素组成的化合物半导体材料。在晶体结构上，它属于黄铜矿结构，这种结构使其具备良好的光电性能。CIGS 具有较高的光吸收系数，对太阳光中的可见光和近红外光都有很强的吸收能力，尤其在长波长光的吸收上表现出色。它的稳定性相当出色，在各种环境条件下都能保持较为稳定的性能，能够经受住长时间的光照、温度变化等考验。而且，CIGS 制成的太阳电池在弱光条件下也能保持较好的发电性能，这大大拓展了其应用场景。然而，CIGS 的制备过程相对复杂，需要用到真空蒸发、溅射等技术，成本较高，并且铟、镓等稀有金属的储量有限，这在一定程度上制约了其大规模的产业化发展。

此前单独使用这两种材料制造的太阳电池，都因自身的局限性而难以满足日益增长的能源需求。西湖大学科研团队的这项研究，巧妙地将二者结合，实现了优势互补。从专业角度来看，这种叠层结构能够充分利用不同材料对不同波长光的吸收特性。太阳光谱包含了从紫外线到红外线的广泛波长范围，钙钛矿对短波长的光吸收较好，而铜铟镓硒则对长波长的光吸收更有效。通过叠层设计，电池可以更全面地捕获太阳光中的能量，从而大大提高光电转换效率。

这项研究成果的价值和作用体现在多个方面。在建筑领域，柔性叠层太阳电池具有巨大的应用潜力。传统的建筑光伏一体化（BIPV）系统，大多采用刚性的太阳能板，在安装时受到建筑结构和外观的限制。而柔性叠层太阳电池可以轻松地贴合在各种不规则的建筑表面，如弧形的屋顶、倾斜的墙面等，不仅能够实现建筑的绿色供电，还能保持建筑外观的美观与独特性。想象一下，未来的城市中，高楼大厦的外墙都成为了一个个小型的发电站，源源不断地为建筑内部提供清洁能源，这将极大地减少城市对传统能源的依赖，降低碳排放。

在汽车领域，柔性叠层太阳电池也能发挥重要作用。随着电动汽车的普及，续航里程成为了消费者关注的焦点。将柔性太阳电池应用在汽车车身上，车辆在行驶过程中就可以利用太阳能充电，虽然不能完全替代传统的充电方式，但可以在一定程度上增加续航里程，减少充电次数。而且，柔性电池可以根据汽车的外形进行定制，不会影响汽车的整体设计和空气动力学性能。

对于飞行器而言，减轻重量和提高能源效率至关重要。柔性叠层太阳电池的轻薄特性，使其成为飞行器能源供应的理想选择。无论是高空无人机，还是未来的太阳能飞机，都可以借助这种电池获得更持久的续航能力，拓展其应用范围，如在气象监测、地理测绘等领域发挥更大的作用。

在柔性可穿戴设备方面，这项技术更是为其发展注入了新的活力。目前，可穿戴设备的续航问题一直困扰着用户。有了柔性叠层太阳电池，智能手环、智能手表等设备可以随时随地从阳光中获取能量，实现自我充电，大大提升用户体验。而且，这种电池的柔软特性，使其能够与人体紧密贴合，不会影响佩戴的舒适性。

综上所述，西湖大学科研团队在柔性叠层太阳电池领域的突破，为太阳能的广泛应用开辟了新的道路。随着技术的不断完善和成本的进一步降低，相信在不久的将来，柔性叠层太阳电池将走进我们生活的方方面面，为构建绿色、可持续的未来能源体系做出重要贡献。

来源: 科普文迅