如今，低轨卫星、随身穿戴电子、轻型航天飞行器越来越多，各行各业都盼着能用上轻薄柔软、发电给力还不贵的太阳能电池。

但现有的光伏产品存在明显短板：普通光伏板硬邦邦不能弯曲收纳；就算把硅片做薄，轻轻弯折就容易断裂；常用的大颗粒金字塔纹路会让电池内部受力不均，膜层轻易破损。特别是在空间应用中，高能电子、质子的持续辐射以及航天器发射、运行中的反复弯折与震动，对光伏器件的抗辐射能力和力学可靠性提出了严苛要求。

钙钛矿叠硅太阳能电池发电上限更高，是太空供电、柔性新能源的核心发展方向。可长久以来，科学家始终找不到办法，让电池同时做到发电效率高、还耐弯折不易坏。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所（以下简称“上海微系统所”）刘文柱研究员团队在中国工程院Engineering集群分刊ENGINEERING Energy期刊发表了一项重要研究成果——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，为面向空间应用的轻质、低成本、高可靠柔性光伏器件的发展提供了全新技术路径。

围绕该研究的核心突破、未来的工业落地前景，以及个人的科研经历，我们近日特别邀请到了论文通讯作者刘文柱研究员及课题组博士后王非、李君君进行深度访谈。以下为专访内容。

作者介绍

刘文柱

刘文柱，中国科学院上海微系统所，研究员、博导，纳米材料与器件实验室副主任、闵行区经委副主任（挂职）、民进上海市科技系统委员会委员。专注单晶硅太阳电池基础研究与应用开发（空间飞行器用）。以第一作者兼通讯作者发表Nature（封面）、Nature Energy等研究论文。近五年主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金优青项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、中国科学院上海分院“抢占制高点青年攀登计划”等。近三年入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”、中国可再生能源学会科学技术人物奖、国际光伏科学与工程会议青年科学家奖、上海市技术发明奖一等奖、中国科学院青年科学家奖、中国科学院青年五四奖章、全国颠覆性技术创新大赛卓越奖等。

作者专访

成果聚焦

Q：请您介绍一下这项研究工作的主要内容及核心亮点。

刘文柱：这项工作属于面向空间应用的超薄柔性硅/钙钛矿叠层电池前置基础研究，并非地面光伏使用。空间环境中存在大量高能电子、质子，超薄硅片能大幅提升器件抗辐射能力；同时航天器会持续弯折、震动。针对这些需求和难点，我们先重点解决器件力学易断裂的问题，后续再攻关辐射可靠性、热循环、热冲击等系列难题。

李君君：论文核心亮点聚集于亚微米尺寸的金字塔绒面工艺开发。传统大尺寸金字塔绒面会谷底局部应力集中，弯折时电池极易碎裂。我们制备出高度500-700nm、均匀性优异的金字塔绒面，一举解决三大问题：其一，分散应力，提升硅片的整体弯折耐受能力，克服脆性断裂的难题；其二，该均匀金字塔结构有助于超薄硅片上非晶硅薄膜的保形覆盖，进而增强了表面钝化效果。其三，提升钙钛矿薄膜成膜质量，减少了薄膜缺陷，最终实现了力学稳定性和器件光伏性能的协同优化。

Q：研究一共经历了多久？过程中最大的难点是什么，你们是如何解决的？

李君君：硅片减薄、力学性能及绒面结构的协同调控是一项系统性工作，硅片减薄虽能增强力学柔韧性，但因表面层占比大幅增加，表面钝化对器件性能的主导作用显著增强，钝化难度急剧上升，同时对制程兼容性构成更大挑战。我们借助等离子体处理和边缘圆化技术，在钝化与力学性能间取得平衡，整个优化周期历时约五个月。

王非：整个研究分为硅基底力学优化、叠层光电匹配优化两大模块，整体周期难以统一核算。最大技术卡点是超薄硅片带来的叠层电流失配问题：硅片减薄后底电池光生电流下降，叠层电池电流由电流更低的子电池限制，大幅压低整体效率。我们通过调控上层钙钛矿顶电池的组分、膜层厚度与加工工艺，精准匹配上下电池吸光能力，消除电流短板效应，实现更高叠层效率。

Q：这项研究是否有明确的工程应用场景？下一步想推进的方向是什么？

刘文柱：应用落地分两步走。第一阶段先在20000–100000米高度的临近空间飞行器开展实测，该高度辐射强度温和，是理想中间验证平台；技术验证通过后，终极目标是搭载几百千米轨道的低轨卫星，后续拓展至空间算力基站。

后续，我们将继续攻克高能粒子辐射耐受、剧烈高低温冲击、原子氧腐蚀、强紫外老化等空间极端环境适配技术，同步开发可低成本、大规模量产的柔性叠层光伏器件。

Q：为何选择ENGINEERING Energy来发表这项工作？

刘文柱：我们希望支持国内本土优质期刊。ENGINEERING Energy由中国工程院主办，契合能源工程前沿成果定位，因此选择将本项前沿成果发表于此刊。

科研纵深

Q：您在沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学做了博士后研究，这段经历看起来很特别。为什么选择去沙特阿拉伯深造呢？这段经历带给了您哪些收获？

刘文柱：原本我计划前往洛桑理工EPFL深造，临近博士毕业时，我的意向导师告诉我他即将入职沙特阿卜杜拉国王科技大学，问我是否一同前往。从沟通到确定入职仅3天，面试完成后便敲定行程。

收获蛮多的。首先，学校科研环境非常国际化，那里汇聚了全球百余个国家的研究者，多元文化碰撞拓宽了我的科研与思维视野。整体科研氛围宽松，没有硬性短期论文考核、非升即走的压力，让我拥有充足时间深度思考科研问题。并且，学校为纯研究型院校，仅招收硕博、博士后，人均科研资源非常丰富。对青年研究人员来说，这是一个很大的优势。

Q：您2021年当选中国可再生能源学会青年委员，是学会第一个“90”后青年委员。为何选择在可再生能源领域深耕？

刘文柱：光伏本身属于可再生能源核心分支，我长期深耕硅基太阳电池，研究方向天然契合学会范畴。回国后经同事推荐，就顺利当选学会青年委员了。

当下科研高度交叉，我还同时担任IEEE高级会员、旗下期刊副主编、中国电子学会会员，参与多项跨学科学术工作。国家自然科学基金委专门设立交叉科学部，光伏融合材料、微电子、力学等多学科，长期深耕具备重大战略价值，这也是我坚持扎根该领域的核心原因。

Q：您曾获上海市技术发明一等奖，将实验室论文转化为技术应用过程中最难的是哪个部分？

刘文柱：成果产业化远比实验室科研更难。因为实验室环境是比较理想化的，但太空、户外实际工况是很复杂的，震动、温差、腐蚀等干扰都会导致实验室最优工艺直接失效。而且科学家思维与工程师思维差异很大，科研人员习惯追求完美成品再落地，但产业端允许产品迭代试错，在不断试错中实现升级、应用落地。这种思维需要尽快适应并掌握。

Q：您深耕太阳电池领域十余载。目前我国在该领域的科技攻关上面临哪些问题？科学家该如何突破？

刘文柱：地面民用晶硅光伏产业我国是稳居全球第一的，在转换效率、量产工艺、全套生产设备、产能规模等方面我国都是全部领先。

当下核心攻关的难点多集中在空间光伏赛道：因为太空存在多重极端工况，地面成熟硅电池工艺无法直接用于低轨卫星。目前国内规划约20万颗卫星，行业急需低成本、可大规模量产、在轨稳定服役5–10年的光伏器件，轨道与频谱资源竞争十分紧迫。

经验分享

Q：上海微系统所在产学研转化方面积累了丰富经验，在您看来，所里最有利于此的一种生态、一种文化或一项制度是什么？

刘文柱：我们所设立了专门的产业化转化部门，由专人负责专利运营、企业对接、项目孵化，全链条推动技术落地。同时，我们有清晰的双线管理制度：基础科研、离岗创业分开管理。科研人员坚守在研究所，承接国家科研任务，不参与企业薪酬分配；由博士后、专职研发人员全职入驻转化企业负责工程化，双方可联合申报项目、共享技术成果。

Q：在您看来，怎样才算一项好的研究工作？您选择研究题目的标准是什么？

刘文柱：评判优质研究有两个核心标准：第一，研究要有明确应用驱动，我不喜欢无落地价值、单纯为发论文开展的自娱式研究；但如果纯基础科学存在颠覆性突破潜力，同样值得深耕。第二，课题需具备行业挑战性，低门槛、易复刻的简单课题仅适合学生完成毕业指标，博士后与青年研究员一定要主攻领域公认的难题，这也是我常向学生强调的。

Q：您和学生的关系非常好，团队成果频出。您带团队的理念是什么？

刘文柱：要注重人才梯队的培养。一个队伍中各个阶段的研究人员都要有，大家可以一同协助指导学生，分层分担项目工作，避免一人包揽全部事务，这样效率很低，也不利于团队发展。而且我充分信任自己的团队，他们都来自国内很好的院校，水平都很高，我尽力给予他们自主性。

而且，要注重扶持青年科研人员独立成长。比如平时有项目申报、媒体报道或者一些学术展示的机会，我都优先给到团队里的年轻人，弱化自己，这样他们的综合素质才能得到锻炼，尽早成长为独立课题负责人。

相关论文信息：

▌文章标题：Enhanced performance and flexibility of perovskite/silicon tandem solar cells via uniform submicron pyramids

▌文章DOI：10.1007/s11708-026-1070-4

▌文章链接：

https://journal.hep.com.cn/fie/EN/10.1007/s11708-026-1070-4

ENGINEERING Energy期刊简介

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。2025年影响因子为8.1, 处于JCR Q1区。

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