论文标题：Enhanced performance and flexibility of perovskite/silicon tandem solar cells via uniform submicron pyramids

期刊：ENGINEERING Energy

作者：Qi Liu, Junjun Li, Fei Wang, Shuangbiao Xia, Yuhui Ji, Yutao Wang, Yunren Luo, Jian Yu, Fanying Meng, Liping Zhang, Zhengxin Liu, Wenzhu Liu 

发表时间：20 May 2026

DOI：10.1007/s11708-026-1070-4

微信链接：点击此处阅读微信文章

下载全文

近日，ENGINEERING Energy“新锐科学家”专栏发表了来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所刘文柱团队的重要研究成果——通过均匀亚微米金字塔结构同步提升柔性钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率与机械柔性，为轻质、低成本、高可靠柔性光伏器件的发展提供了全新技术路径。

论文亮点

1. 机械机制新发现：超薄硅片+小尺寸金字塔可显著缓解应力集中，大幅提升抗弯强度，从根源解决柔性器件界面分层、开裂难题

2. 精准刻蚀新策略：创新湿法刻蚀工艺，在55 μm 硅片上制备出高密度、均匀亚微米金字塔，实现绒面结构的尺寸与均匀性精准调控

3. 光电性能同步优化：最优刻蚀条件下，少子寿命、iVoc、iFF同步提升，反射率低至10.97%，光俘获与界面钝化效果最佳

4. 效率里程碑突破：一体化柔性钙钛矿/硅叠层电池稳态光电转换效率达30.04%， hysteresis 效应可忽略，兼具高效与高柔性优势

论文概要

机械性能调控：厚度与金字塔尺寸的关键作用

研究通过三点弯曲测试系统探究硅片厚度与金字塔尺寸对机械性能的影响：

1) 硅片厚度从110 μm降至55 μm，断裂位移由2.808 mm提升至10.157 mm，抗弯柔性显著增强

2) 相同厚度下，小尺寸、均匀亚微米金字塔相比大尺寸金字塔，断裂位移由5.465 mm提升至8.67 mm，应力集中效应大幅缓解

图1 织构化硅片三点弯曲力学表征与金字塔结构表面形貌分析

亚微米金字塔结构精准制备与光电性能优化

研究团队在55 μm n 型硅片上，通过调控碱刻蚀时间（180/240/360/420 s）制备不同尺寸金字塔：

1) 刻蚀360s时，金字塔尺寸800 nm–1.7 μm，分布均匀、表面致密，无过刻蚀产生的次级小金字塔

2) 该条件下少子寿命、iVoc、iFF达峰值，反射率最低（10.97%），光俘获与钝化效果最优

3) 均匀亚微米表面助力高质量钙钛矿薄膜生长，薄膜覆盖完整、界面接触优异，非辐射复合显著抑制

图2 不同刻蚀时间下硅衬底表面形貌与金字塔结构演变

高效柔性叠层电池器件性能

基于55μm、360s 最优织构硅底电池，制备结构为Ag/IWO/SnOx/C60/EDAI2/钙/MeO-4PACz/IWO/Si的一体化叠层电池：

1) 正向/反向扫描效率均为30.04%，正向Voc=1.968V，Jsc=19.31mA/cm²，FF=79.05%；反向Voc=1.970V，Jsc=19.33mA/cm²，FF=78.88%，hysteresis 可忽略

2) EQE 谱在钙钛矿吸收（300–800 nm）与硅吸收（800–1200 nm）区间均表现优异，稳态效率持续稳定在30.04%

图4 基于 55 μm 织构硅衬底的一体化钙钛矿/硅叠层电池性能与表征

总结展望

本研究首次系统揭示硅片厚度+金字塔尺寸对柔性钙钛矿/硅叠层电池机械柔性的调控机制，提出湿法刻蚀制备均匀亚微米金字塔的协同优化策略，在55 μm 超薄硅片上实现 30.04%的高效柔性叠层电池，同时兼顾优异机械可靠性与光电性能。该成果为柔性高效叠层光伏器件提供了关键技术方案，未来可进一步拓展至大面积制备、空间光伏、柔性可穿戴设备等场景，加速推动下一代轻质、低成本、高稳定柔性光伏技术的产业化应用。

文章信息

Qi Liu, Junjun Li, Fei Wang, Shuangbiao Xia, Yuhui Ji, Yutao Wang, Yunren Luo, Jian Yu, Fanying Meng, Liping Zhang, Zhengxin Liu, Wenzhu Liu. Enhanced performance and flexibility of perovskite/silicon tandem solar cells via uniform submicron pyramids. ENG.Energy, 2026, 20(3): 10704 DOI:10.1007/s11708-026-1070-4

通讯作者简介

刘文柱，研究员，国家优青、上海市青年启明星，专注单晶硅太阳电池基础研究和应用开发。以第一作者兼通讯作者在 Nature、Nature Energy、Joule 等期刊发表多篇原创性研究论文。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家自然科学基金青年项目、上海市青年启明星人才项目、中国科学院上海分院“抢占制高点青年攀登计划”、上海市自然科学面上项目等。担任 Engineering Reports、eScience等期刊编委。近三年获得上海市技术发明一等奖、中国科学院上海分院年度科技创新“十大进展”、中国可再生能源学会科学技术人物奖、PVSEC Young Scientist Award、中国半导体十大进展、中国科协《科技导报》重大技术十大进展等荣誉。

关于ENG.Energy

ENGINEERING Energy（原Frontiers in Energy）是中国工程院院刊能源分刊，由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

ENGINEERING Energy已被SCIE、Ei Compendex、CAS、Scopus、INSPEC、Google Scholar、CSCD(中国科学引文数据库)、中国科技核心期刊等数据库收录。2024年影响因子为6.2,在“ENERGY & FUELS”学科分类中位列55位(55/182)，处于JCR Q2区。2024年度CiteScore为6.9，在“Energy”领域排名#77/299；2025年即时IF为8.1，即时CiteScore为9.0。

ENGINEERING Energy免收版面费，且对于录用的文章提供免费语言润色以保障出版质量。第一轮审稿周期约30天。

更多信息请访问：

http://journal.hep.com.cn/fie（国内免费开放）

https://link.springer.com/journal/11708

联系我们：

ENG.Energy@sjtu.edu.cn, (86) 21-62932006

qiaoxy@hep.com.cn, (86) 10-58556482