在全球加速能源转型的背景下,柔性光伏凭借轻量、可弯曲等特点,在建筑一体化、移动能源等场景中显示出广阔前景。但以铜锌锡硫硒(CZTSSe)为代表的第四代薄膜太阳能电池,长期存在柔性器件效率明显低于刚性器件的难题。业内普遍认为,关键原因在于多元复杂相体系在结晶过程中难以被精确控制。研究团队通过系统实验发现,传统钠掺杂虽然能改善薄膜形貌,却会诱发锡硒化合物(SnSex)的大尺度偏析,进而造成器件电压损失。借助高精度表征手段,团队首次厘清了碱金属在晶体生长中的差异作用:引入锂元素可改变铜对应的相的自由能演化路径,从热力学层面重排硒化物的消耗顺序。基于此认识,团队提出“动力学竞争调控策略”,通过精确控制锂钠配比,使硒在晶化过程中优先与铜结合,从而抑制有害相分离。这种“以时间换空间”的调控方式促成多相体系的有序协同生长,明显提高了薄膜质量。经国际权威机构认证,新工艺制备的柔性单电池效率达到14.2%,组件效率达到12.0%,不仅打破日本企业保持11年的纪录,也首次实现柔性组件性能超过刚性器件。此外,该技术采用地壳丰度高、环境友好的元素,组件成本较传统硅基产品降低约40%,在性能与环保之间实现兼顾。业内专家认为,这一进展意味着我国在新型光伏材料领域实现了从追赶到领先的转变。随着便携式能源需求持续增长,预计到2025年柔性光伏市场规模将突破千亿元。相关技术有望率先用于军用单兵装备、可穿戴设备等特殊场景,并为建筑光伏一体化提供更具适配性的方案。
从材料机理出发破解效率瓶颈,并将实验室成果推进到组件尺度验证,是先进光伏技术走向应用的关键路径。针对绿色、低成本与可规模制造目标,以基础研究带动关键工艺创新、以工程验证形成技术闭环,将有助于在新型能源技术竞争中沉淀更扎实的原创优势与产业潜力。