宁波材料所， Nature Energy！

米测MeLab

2025-04-27

研究背景

柔性钙钛矿/铜铟镓硒（CIGS）串联太阳能电池因其轻质和高效率的优势，在应用上展现出巨大潜力。然而，在柔性CIGS底电池粗糙表面上构建高质量的钙钛矿顶电池仍面临诸多挑战。

为了解决这一问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所叶继春、杨熹、应智琴教授合作在“Nature Energy”期刊上发表了题为“Antisolvent seeding of self-assembled monolayers for flexible monolithic perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells”的最新论文。该团队开发了一种“抗溶剂-种子协同策略”，该策略可将自组装单分子层（SAMs）的吸附与溶解过程解耦，并同步实现钙钛矿的种子层引导生长。

具体而言，采用高极性溶剂可在SAMs溶解过程中防止其聚集，而低极性抗溶剂则促进高密度SAMs的形成。在此基础上，预混入的钙钛矿种子层进一步改善了薄膜的润湿性、结晶性与粘附性。

这些改进使我们成功制备出1.09 cm²的柔性一体化钙钛矿/CIGS串联器件，获得了24.6%的稳定效率（认证效率23.8%），其性能媲美当前最先进的刚性钙钛矿/CIGS串联电池，并跻身目前柔性薄膜太阳能电池的最高效率之列。此外，该柔性器件展现出优异的耐久性，在320小时持续运行及3000次1厘米弯折半径循环后仍保持超过90%的初始性能。

研究亮点

（1）实验首次在柔性CIGS底电池粗糙表面上，成功制备高质量钙钛矿顶电池，构建出1.09 cm²的柔性钙钛矿/CIGS单结叠层太阳能电池，获得了24.6%的稳定光电转换效率（认证效率为23.8%），这是目前柔性薄膜太阳能电池中最高效的成果之一。

（2）实验通过提出“抗溶剂-晶种协同”策略，有效提升了SAMs（自组装单分子层）的成膜质量与钙钛矿前驱液的润湿性。具体而言：

• 采用高极性溶剂避免了SAMs在溶解阶段的团聚现象；

• 引入低极性抗溶剂促进了SAMs的高密度吸附；

• 预混晶种层则进一步改善了钙钛矿薄膜的润湿性、结晶度和界面结合力。

• 这一策略显著提升了器件的可扩展性与稳定性，使柔性钙钛矿/CIGS叠层电池在320小时最大功率点跟踪测试后仍保持90.3%的初始性能，同时经受住了3000次1厘米弯曲半径循环测试后，仍保有93%的初始效率，展现出优异的机械柔韧性和长期运行稳定性。

图文解读

图1. 溶剂对自组装单分子膜溶解与吸附作用的影响。

图2. 反溶剂-晶种策略对自组装单分子层（SAMs）的影响。

图3. 反溶剂-晶种策略对钙钛矿的影响。

图4.反溶剂-晶种策略对钙钛矿单结太阳能电池的影响。

图5.柔性单片钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池性能。

结论展望

总结而言，本文开发了一种抗溶剂-种子协同策略，通过将SAMs的溶解过程与吸附过程解耦，并引入钙钛矿晶种，显著增强了SAMs的吸附效果并改善了钙钛矿的润湿性。与此前依赖种子层、共混SAMs或溶剂置换的策略不同，该方法巧妙地平衡了SAMs的溶解性、高密度吸附、钙钛矿的优异润湿性以及二者之间稳固的界面粘附，从而实现了1.09 cm²柔性钙钛矿/CIGS串联太阳能电池的高性能器件，其稳定功率转换效率达24.6%（认证效率为23.8%）。这一成果为在粗糙表面上构建均匀钙钛矿太阳能电池提供了有效策略，并为未来高效且具成本效益的柔性钙钛矿/CIGS串联器件的发展奠定了基础。

原文详情：

Ying, Z., Su, S., Li, X. et al. Antisolvent seeding of self-assembled monolayers for flexible monolithic perovskite/Cu(In,Ga)Se₂ tandem solar cells. Nat Energy (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01760-6