探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 082

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

082 叠层电池：强强联手，突破效率极限的终极法宝 2025-12-04

有机光伏（OPV）与钙钛矿或与硅晶光伏的结合，确实是提升太阳能电池效率的一个非常前沿且有效的策略。这种叠层电池的核心思想，就是让不同材料取长补短，突破单结电池的理论效率极限。

作为叠层电池的例子，以下这个表格展示了近年来OPV及钙钛矿叠层电池领域一些具有代表性的效率突破及相应成果：

电池类型 认证效率 研发机构/团队 关键突破/特点 认证机构与时间
钙钛矿-有机叠层电池 26.4% (1 cm²) 新加坡国立大学侯毅团队 设计新型窄带隙有机吸收分子，提升近红外光捕获能力 独立机构认证，2025年8月
晶硅-钙钛矿叠层电池 34.85% 隆基绿能 刷新两端叠层电池效率世界纪录 美国国家可再生能源实验室，2025年4月
商业化尺寸叠层电池 30.1% (M6尺寸) 隆基绿能 面向商业化生产，攻克大面积制备难题 德国弗劳恩霍夫ISE，2024年6月
柔性晶硅-钙钛矿叠层电池 29.8% (商业尺寸) 隆基联和高校团队 超薄柔性器件，单位重量功率高达1.77瓦/克 德国弗劳恩霍夫ISE，2025年11月
四端钙钛矿/硅叠层电池 33.4% 南京大学等联合团队 四端结构，户外运行48天无衰减 未明确具体认证机构，2025年11月


叠层电池为何是“强强联手”？
叠层电池的设计非常巧妙，其高效的根本原因在于：

拓宽光谱利用：太阳光的光谱很宽，没有任何一种单一材料能完全有效地吸收所有波长的光。叠层电池将带隙较宽的钙钛矿电池（善于吸收利用可见光）和带隙较窄的有机电池（善于吸收利用近红外光）组合在一起，形成“上下级”关系，从而更充分地利用太阳光谱，减少能量损失。

突破理论极限：单结太阳能电池存在一个理论上的最高效率极限（S-Q极限，约为33.7%）。而叠层电池通过这种多吸收层的结构，其理论效率极限可以提升至43%以上，为持续提升效率打开了天花板。


技术突破与未来挑战
以上表格中新加坡国立大学的纪录正是OPV与钙钛矿“强强联手”的典范。其成功关键在于设计了一种新型窄带隙有机吸收分子，成功解决了该领域长期存在的近红外光吸收效率不高的瓶颈问题。

除了效率，这项技术还展现出独特的应用潜力：

轻质与柔性：钙钛矿-有机叠层电池兼具轻质与柔性优势，非常适合为无人机、可穿戴设备、智能织物等设备供电。

商业化前景：研究人员已开始致力于推动技术的商业化。例如，侯毅教授已在新加坡成立了公司，致力于钙钛矿太阳能电池技术的产品研发与生产。


面向未来，叠层电池技术要真正实现大规模应用，仍需攻克两大核心挑战：

提升稳定性：钙钛矿等材料在持续光照、湿热环境下的长期稳定性是目前全球研发的重点。团队下一步也计划着力提升器件在实际应用环境下的运行稳定性。

推进产业化：从实验室的小面积高效电池，到大规模、低成本、均匀性好的商业化生产，还需要在制备工艺、产线建设上取得突破。