新型叠层太阳能电池效率高达26.4%，超越此前同类器件24.4%的最佳效率。

突破背后的创新成员：侯毅助理教授（中）、贾振荣博士（左）和郭晓先生（右）。

新加坡国立大学科学家成功研制出一种钙钛矿-有机叠层太阳能电池。经认证，该电池在1平方厘米有效面积上的光电转换效率达到26.4%，创下世界纪录，成为目前全球性能最优的同类器件。这一突破的关键在于团队设计出一种新型窄带隙有机吸收分子，显著提升了电池捕获近红外光子的能力，成功攻克了薄膜叠层太阳能电池领域长期存在的关键瓶颈。

此项突破性研究由新加坡国立大学设计与工程学院化学与生物分子工程系校长青年教授、新加坡太阳能研究所多结钙钛矿太阳能电池组负责人侯毅助理教授领衔完成。

新国大研究团队已于2025年6月25日将这项开创性成果发表于国际顶级学术期刊《Nature》。

释放叠层太阳能电池潜力

钙钛矿与有机半导体材料均具备带隙高度可调的特性，这使得叠层电池有望逼近极高的理论效率极限。“钙钛矿-有机叠层太阳能电池兼具轻质与柔性优势，非常适合为无人机、可穿戴设备、智能织物及其他人工智能设备提供直接集成供电解决方案。”侯毅助理教授解释道。

然而，由于高效近红外薄膜吸收材料的缺失，钙钛矿-有机叠层电池相较于其他电池设计一直处于落后地位。这类材料能高效捕获近红外区域的太阳光，从而提升叠层电池的整体效率。

为此，国大科学家们另辟蹊径，设计出一种新型窄带隙有机吸收分子，显著提升了电池的近红外光子捕获能力，这正是薄膜叠层太阳能电池领域长期存在的瓶颈。这一创新成功将钙钛矿-有机叠层电池的光电转换效率推至新的高度。

利用近红外光

为攻克这一难题，侯毅助理教授团队开发出一种具有扩展共轭结构的不对称有机受体。该受体结构能深入吸收近红外光，同时维持足够的电荷分离驱动力，并促进分子有序排列。超快光谱分析和器件物理表征证实，该设计实现了高效自由电荷载流子收集，且能量损失极低。

基于有机子电池的性能表现，研究人员将其与高效钙钛矿顶电池进行堆叠，并通过透明导电氧化物互连层实现两者间的精密连接。

新型叠层电池在0.05平方厘米样品上实现了27.5%的转换效率，在1平方厘米器件上达到26.7%，其中26.4%的效率结果获得独立机构认证。该电池性能是目前同等尺寸的钙钛矿-有机、钙钛矿-CIGS以及单结钙钛矿电池中经认证的最高水平。

“随着效率有望突破30%，这类柔性薄膜非常适合卷对卷大规模生产，并能无缝集成于曲面或织物基底。试想，未来可诞生依靠阳光驱动内置传感器的自供能健康贴片，或是无需笨重电池即可监测生命体征的智能纺织品。”侯毅助理教授展望道。

新国大团队设计的新型钙钛矿-有机叠层电池（右）效率达26.4%，超越此前同类器件最高效率。

下一步计划

研究团队下一阶段将着力提升器件在实际应用环境下的运行稳定性，并推进中试产线建设，这是将高性能柔性太阳能技术成功推向市场的关键一步。