韩国能源技术研究院开发“世界最高效率”叠层太阳能电池

by Jeong Ilwoong

Published 03 Apr.2025 09:47(KST)

韩国能源技术研究院（下称“韩能研”）表示，已成功制作出超轻量柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池，并在发电效率方面达到世界最高水平，于3日对外公布。

韩能研开发的这款太阳能电池重量极轻，又可以贴附在曲面上，未来有望应用于建筑、汽车、飞机等领域。

（从左起）延世大学教授 Kim Haejin，韩国能源技术研究院博士 Jeong Inyoung，韩国能源技术研究院博士 Kim Gihwan，庆尚大学教授 Lee Taekyung。韩国能源技术研究院提供

此前，光伏发电主要采用硅基单结太阳能电池，因其生产成本低、适合大规模量产而具备优势。然而，近年来受限于硅太阳能电池发电效率的天花板，通过叠加钙钛矿太阳能电池以提高效率的叠层太阳能电池开始受到关注。

钙钛矿是一种具有与钛酸钙相同晶体结构的材料，具有高效吸收光线的优点。

利用这一材料制成的钙钛矿/硅叠层太阳能电池，其发电效率高达34.6%。但由于重量较大且抗物理冲击能力较弱，在对轻量化和适用性要求极高的汽车、飞机、人造卫星等领域的应用受到限制。

为解决上述问题，近年来柔性薄膜钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池的开发成为趋势。

CIGS是铜-铟-镓-硒（CuIn1-xGaxSe2）化合物半导体，因其优异的光电特性，被用作薄膜太阳能电池的光吸收层。尤其是在高柔性的聚酰亚胺或金属薄膜上制备时，具有极佳的柔性。

基于CIGS的薄膜太阳能电池重量极轻且可弯折，可用于曲面建筑、汽车、飞机等领域，但与钙钛矿/硅叠层太阳能电池相比，其效率偏低且制作工艺难度较大，尚未进入商业化阶段。

为此，韩能研开发了“Lift-off（剥离）”工艺，以提升柔性叠层太阳能电池制作工艺的可操作性以及电池本身的柔性和轻量化水平。

研究团队还厘清了太阳能电池性能提升的原因。基于此工艺制作的钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池实现了23.64%的发电效率，达到了世界最高水平。

Lift-off工艺的具体方式为：先在玻璃基板上涂覆聚酰亚胺层，再在其上制作钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池，之后将其从玻璃上分离。

与以高柔性聚酰亚胺薄膜本身作为基板的传统工艺不同，该工艺利用坚硬玻璃作为支撑基板，使电池制作过程比以往更加稳定。通过使用平整的玻璃基板，可以将太阳能电池各层均匀沉积，从而提升性能和制备重现性，这也是一大优势。

主导该研究的高级研究员 Jung Inyoung 表示：“本次研究是证明兼具柔性和轻量化的高效下一代太阳能电池技术具备商业化可能性的核心成果”，并称“今后将成为实现效率达到30%级别的超轻量柔性太阳能电池的重要里程碑”。

另外，本次研究在韩国能源技术研究院基础项目的支持下，与庆尚大学教授 Lee Taekyung、延世大学教授 Kim Haejin 共同完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。