一张厚度约60微米、和纸一样薄的太阳能电池,能弯曲数万次不损坏,在200摄氏度的剧烈温差变化下依然稳定运行。这并非科幻电影中的道具,而是隆基绿能科技股份有限公司(以下简称“隆基绿能”)入选2025年度“中国科学十大进展”的“界面调控新方法创制面向空天应用的高性能柔性叠层太阳能电池”。

这项进展同时刷新了两项世界纪录:实验室小尺寸器件实现33.4%的光电转换效率,全尺寸工业级硅片光电转换效率达到29.8%。业界认为,这意味着中国光伏产业正从“效率领跑”迈向“场景领跑”。

3月27日,记者来到隆基中央研究院,采访了这项成果的3位主要完成人,深入了解其背后的故事与技术逻辑。

在探寻如何解决柔性叠层电池转换效率与稳定性这一关键难题之前,不得不提隆基绿能已经攻克的两大工程难题。

“2022年,我们自主研发的硅异质结电池转换效率达26.81%,打破了尘封5年的硅太阳能电池转换效率新纪录。”隆基绿能首席科学家、隆基中央研究院副院长徐希翔回忆,研发团队那时就已经开始探索不同厚度的硅片,从150微米到100微米,再到80微米、60微米。团队解决了在制程中易碎片、良率低的问题。当达到50微米时,硅片已经可以如纸般卷曲,柔韧性极好。

但传统单晶硅电池的实验室最高转换效率已逼近29.4%。“我们已经做到了理论极限的95%以上,单单从硅上‘做文章’的潜力已经不大了。”徐希翔表示。

于是,研发团队在硅上叠加宽带隙材料——将钙钛矿材料与晶硅构建为叠层结构,以实现对不同波长太阳光的充分利用,光电转换效率理论上可达43%以上。

“在全球绝大多数实验室的叠层电池还基于1平方厘米小尺寸器件的情况下,我们率先在商业尺寸的晶圆上实现了30%以上的光电转换效率,刷新世界纪录。那也是第一次由中国团队实现的!”徐希翔的话语里透着自豪。

有了超薄硅片和高效叠层这两项技术基础,高性能柔性叠层电池的探索很自然地展开了。

隆基中央研究院研发负责人何博告诉记者,基于超薄硅片的柔性叠层电池,除了发电效率高外,还具备轻质、柔性、成本低等优势,在航空航天等领域具有重要应用前景。

然而,不同材料层在弯曲、热胀冷缩等情况下容易发生界面分层或性能衰减,影响电池的稳定性和效率,制约其从实验室走向实际应用的进程。

“针对这一现实,我们提出了两项界面调控新方法,先是创新设计了‘一松一紧’的双缓冲层结构。”何博介绍,“疏松层就像弹簧床垫能缓冲外界的挤压或拉扯,把破坏性的力量分散掉,保护里面的结构不被压坏;致密层像一层紧密贴合的保护膜,既能快速传递电荷,又能把不同部分牢牢粘在一起,防止松动或脱落。”

这种“刚柔并济”的纳米级分层设计,为柔性叠层电池披上了“耐用铠甲”。

“最开始我们没想到用这个结构,因为疏松型的电子传输层通常会对电池性能产生显著的负面影响。”何博坦言,但当引入新的工艺方案后,这一认知被打破了。

第二项创新则是开发出一种基于反应等离子体沉积的氧化铟铈薄膜。这种薄膜能够像“胶水”覆盖在分子层上,既减少能量损失,又让电荷传输更顺畅。同时,采用原位退火制备锌掺杂氧化铟前透明电极,提升电池导电性、透光性和机械性能。

徐希翔接着说:“从实测数据看,器件在经历4.3万多次弯曲后,仍能保持97%的初始效率;经过1000个小时的光热联合运行,效率同样保持在97%左右。”

作为隆基绿能的创始人、首席技术官,李振国对这项技术成果的意义有着更深层的思考。

他算了一笔账:“目前,空间光伏主要使用砷化镓电池,成本高昂。而我们的柔性叠层电池效率可以做到与砷化镓相当甚至更优,价格却能降到与晶硅相当。”这将为太空算力、商业航天等领域提供高性能、轻量化、高可靠性的光伏能源解决方案。

“这项技术成果打破了‘光伏产品只能做大面积电站或刚性屋顶’的刻板印象。”徐希翔补充道,“可穿戴设备、无人机、光伏玻璃、光伏帐篷……光伏将在更多应用场景释放巨大的技术与产业潜力。”

值得注意的是,李振国分享了近期在《自然》杂志上发表的文章,其中探讨了光伏与农业的深度结合。在他看来,从解决能源问题到有望解决粮食问题,中国光伏产业正在进入一个没有地图的“无人区”。而隆基绿能的探索者们,正拿着自己的“指南针”重新定义光伏技术的边界。