又是王睿！这是他一语气两年在正月里传来好音书。
自2021年全职加入西湖大学以来，王睿指导团队一齐大叫大进，在单结钙钛矿太阳电板范围获取了多项弘大猜想效果。
此次新冲突，是他在我方读博时就曾尝试的猜想方针之一——叠层太阳电板。
要是把单结钙钛矿太阳电板比作一块“单层蛋糕”，叠层太阳电板即是多层口味的。不同口味的蛋糕层对应不同的半导体材料层，每一层都能“捕捉”特定波长的太阳光。这么一来，它就能摄取比“单层”电板更庸碌的太阳光能量，更高效地将太阳光调动为电能，从而冲突单结太阳电板改动遵循天花板。
近日，西湖大学畴昔产业猜想中心、工学院王睿团队在这一猜想范围获取了弘大冲突——他们奏效让钙钛矿与铜铟镓硒这两种不同口味的“蛋糕”叠在沿路，光电改动遵循达到23.4%。
更贵重的是，这是一种柔性粗鄙的叠层太阳电板，其厚度仅特别于一根头发丝的直径，有望在畴昔愚弄到建筑、汽车、翱游器、柔性可穿着修复等不标准名义。
柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电板
北京时刻2025年2月3日，农历正月初六，关联猜想论文以“Divalent cation replacement strategy stabilizes wide-bandgap perovskite for Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells”为题发表于Nature Photonics。
论文麇集：
https://www.nature.com/articles/s41566-025-01618-z
01.
从“单层蛋糕”
到“多层多口味蛋糕”
卤化物钙钛矿，毫无疑问是当下的热点猜想范围。
这不，在2025年开年，一段关于似轰-20的视频画面呈现在大家面前，结果把不少人都吓住了，这轰-20的架势有点大哦，居然歼-11或者歼-16在伴飞？
收获于材料自己优异的光电性能和易于制备等特色，单结钙钛矿太阳电板的光电改动遵循从2009年报说念的3.8%马上普及到现在约27%的记载遵循，和现在最高效的晶体硅太阳电板的遵循特别，两者遵循都已接近瓶颈。
要是把两种不同的太阳电板高下叠在沿路，遵循会不会更高呢？
具体若何搭建，不错阐述需要选拔不同的“搭配”：把晶硅太阳电板和钙钛矿叠起来，把柔性薄膜太阳电板和钙钛矿叠起来，好像单纯把钙钛矿和钙钛矿叠起来……这么作念，不仅不错大幅普及太阳电板对光能的改动遵循，表面极限遵循可达40%；也能结合不同材料的秉性，与钙钛矿酌盈注虚。
王睿在我方读博的那几年，就试过想把钙钛矿和铜铟镓硒太阳电板叠起来。
铜铟镓硒，Cu(In,Ga)Se2，简称CIGS，是由铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）、硒（Se）四种元素构成的化合物半导体材料。当作弘大的薄膜太阳电板，它的吸光层薄、褂讪性好、抗辐照性强，何况具备产业化基础。
然而，比较钙钛矿+钙钛矿、钙钛矿+硅这两种“爆款”组合，钙钛矿+铜铟镓硒的搭配在当年几年是个都备的“冷门”猜想范围。
为什么呢？
“现在，这类电板穷乏具有引颈性的猜想效果，但当下冷门不代表莫得猜想价值、莫得出息。”王睿说，“相悖，我一直以为钙钛矿+柔性铜铟镓硒的组合口舌常有后劲和畴昔的，因为它在褂讪性和改动遵循方面具有先天的权贵上风。”
制备叠层太阳电板，如同在微不雅寰宇里作念蛋糕，是个时候活。这块“蛋糕”不仅有15层之多，而且对每一层的厚度、均匀性都有严格条款——每一层最佳不要有孔洞，不同层的制备时时需要使用不同的仪器修复，并对参数进行严格优化和截止。
总之，光是把这一层层“蛋糕”循序好意思满地叠起来，就依然有余复杂了。况且，光叠在沿路还不够。在两头叠层太阳电板中，上基层的电流大小要能匹配起来。
也就是说，王睿团队要作念的不单是是“1+1=2”的机械堆叠，更是要让两种太阳电板在叠起来之后“如胶投漆”，信得过地合二为一，竣事“1+1>2”的效果。
02.
作念“蛋糕”，
丢掉“食谱”
2022年，王睿实验室从云栖搬至云谷，他找来三个博士生，负责启动两头柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电板的研发责任。
“应该没什么难度吧？”
首先，行家满怀信心，“不外是在一个柔性铜铟镓硒太阳电板基底上再制备一个宽带隙钙钛矿太阳电板终结”。
没料到的是，这一制备，就是两年之久。
研发之初，钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电板的文件报说念相等少，这块难作念的蛋糕莫得几许“食谱”不错参考。第一个半年，实验莫得试验性发达，组会猜想时，行家都以为问题出在铜铟镓硒基底上。
“之前的一些文件里频频有提到，制备两头钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电板的一大挑战在于铜铟镓硒粗陋的名义使得制备高质地的钙钛矿薄膜是费事的。”于是，前期他们把焦点放在了优化铜铟镓硒基底上，是不是该把基底变得更平整呢？
毕竟，在导师王睿读博的那段挑战里，“平整度”亦然他尽力的方针。
又是一年当年了，他们依然困在原地。
此时，团队里其它的课题一齐大叫大进，兼并年进组的博士生，有东说念主获取了冲突性发达发了正刊，有东说念主拿到了校长奖章，以致依然有东说念主毕业去了外洋高校，开启了东说念主生下一阶段的博后责任……
“赵可，你们也采访过吧，前年发了Nature，我室友……”2021级的田柳文苦笑。他是最早一批加入王睿实验室的博士生之一，亦然此次三东说念主研发小组的成员。都说读博是一场雕琢心志的修行，可在王睿实验室读博，若说能一直作念到“心如止水”，那确定是谣言。
在尝试了多数种优化款式后，铜铟镓硒基底上的钙钛矿薄膜依然充满孔洞，无法酿成淡雅的光摄取层，够不上预期效果。
“真的能作念出来吗？”
课题启动一年多后，蓝本沿路奋战的博士生，连续把猜想要点转到了其它方针。
到了2023年底，唯独田柳文还在坚握。
他握住调理，握住测试，握住失败，再多数次推翻重来。告贷无门之际，他不得不运转怀疑那历历的参考“食谱”——
“真的是铜铟镓硒基底的问题吗？会不会，咱们根蒂毋庸纠结它是不是平整的？”
也许，导师王睿当年也走了弯路呢？
03.
陡然总结，
成了！
照应点，从铜铟镓硒切换到钙钛矿薄膜制备工艺自己。
田柳文和王睿考虑后决定，跳出之前一直使用兼并种钙钛矿薄膜制备工艺的念念维定势，在铜铟镓硒基底上多试试其它不同的钙钛矿薄膜制备工艺。
再次遭受屡次失败后，终于有一天，他们在电镜劣等一次发现，其中一个样品具有均匀淡雅的钙钛矿名义描摹。
“有但愿！”
紧接着，他们用通常的工艺制备了完整的叠层太阳电板器件进行测试。居然，第一块叠层太阳电板就测出了不同于平淡的具有高开路电压的电流-电压 (J-V) 弧线。
终于成了！
两块“蛋糕”信得过作念到了“合二为一”！
田柳文
接下来的鼓吹就变得胜利好多。王睿团队通过优化钙钛矿层以尽头它层的制备工艺，在两头柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电板技术上竣事了快速冲突，光电改动遵循握住攀升。
在这个经由中，这个叠层太阳电板的课题小组，还措置了宽带隙钙钛矿的一个痛点。
卤化物钙钛矿，是一种不太褂讪的软的离子晶体，里头的卤素离子不太本分，容易“乱跑”，也叫“离子迁徙”。这个“不本分内”的问题在作念单结电板时也会遇到，但在制作叠层电板时显得更令东说念主头疼。
猜想东说念主员考虑，要是引入多价的阳离子，把蓝本晶体中的一部分一价阳离子替换掉，是不是不错增强静电互相作用，“收拢”那些爱“乱跑”的卤素阴离子呢？
都说一个萝卜一个坑，换进去的阳离子个头当然不行太大。在所有二价有机阳离子中，他们锁定了其中个头最小的那一个——亚甲基二铵阳离子（MDA2+），亦然唯独一个不错原位换进去的二价有机阳离子。
猜想东说念主员通过表面缱绻比较了四种有机小阳离子与钙钛矿无机亚晶格之间的互相作用
事实评释，这确切一步妙棋。
引入MDA2+，就像在钙钛矿结构中加入了一个“双倍磁铁”，让那些不本分内的卤素离子紧紧地待在晶格中，权贵羁系了离子迁徙和光致相偏析表象，竣事了对钙钛矿“情态”的有用管束，为普及钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电板褂讪性提供了弘大措置决策。
年前的一天，阳光偶合。王睿和田柳文带着制备好的全新样品，在云谷校园里追着太阳拍照。
当阳光透过电板打在校园的一针一线上，王睿对新的一年充满但愿。
实验室里来作念“多层蛋糕”的东说念主更多了，行家对柔性叠层太阳电板的出息更有信心了。期待畴昔有更多对于新式太阳电板的可能性，被探索、被发现。
致谢
西湖大学–浙江大学调解培养博士猜想生田柳文（田蔚中）为论文第一作家，宣城先进光伏技术猜想院、华晟新动力毕恩兵博士为共同第一作家。西湖大学工学院王睿猜想员，浙江大学材料科学与工程学院薛晶晶猜想员为论文通信作家。土耳其马尔马拉大学Ilhan Yavuz博士和Caner Deger博士为本责任提供了表面缱绻。西湖大学分子科学寰球实验平台、物资科学寰球实验平台为本责任提供了技术赈济。本责任受到了国度当然科学基金、浙江省当然科学基金、白马湖实验室、西湖大学畴昔产业中心、浙江省全省智能低碳生物合成重点实验室以及钙钛矿叠层电板调解研发款式等的资助。
起首：西湖大学
声明：仅代表作家个东说念主不雅点，作家水平有限，如有不科学之处，请鄙人方留言指正！