在智能穿戴技术和钙钛矿光伏快速发展的推动下，柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）作为新一代光伏技术的代表，凭借其轻、薄、柔的特性，已成为极具前景的自主电源，有望革新下一代移动能源系统、便携式电子设备和集成化穿戴设备。
与传统刚性太阳能电池相比，FPSCs因其独特的机械柔性，能够完美贴合曲面基底并承受反复形变，这使其在可穿戴电子、柔性显示和物联网等领域展现出不可替代的优势。
为实现在这些实际场景中的成功应用，FPSCs必须兼具多项关键特性：在保持钙钛矿材料优异光电性能的同时，需实现高功率转换效率（PCE）；通过超薄衬底和电极设计达成轻量化结构；针对复杂使用环境开发优异的环境耐受性；
更重要的是，必须具备出色的机械适应性——包括可弯曲性、可拉伸性和可扭曲性，以满足动态变形下的稳定供能需求。这些特性的协同优化，正是当前柔性光伏领域研究的核心挑战和突破口。
本文将梳理近期发表在先进粉体材料期刊上发表法关于柔性钙钛矿太阳能电池的进展及其在自供电可穿戴光电系统中的集成的综述性论文。从柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）的发展历程、进展及实际应用，三方面进行解读，为FPSCs的研究提供全面指导，推动其向实际可穿戴能源应用发展。
PSCs因其卓越的高功率转换效率（PCE）、成本效益以及与低温溶液法制备工艺的兼容性，在光伏领域获得广泛关注。
优异的光电特性、固有的柔性和低温加工特性使其成为FPSCs的理想选择，可应用于无人机系统、智能建筑、可穿戴电子和生物集成设备等轻量化场景。FPSCs尤其适合卷对卷（R2R）制造工艺，为商业化提供了可能。
柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）就像一块"三明治"，由电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层和空穴传输层（HTL）叠放在柔性塑料基底（如PET）上构成。
目前主要有两种结构：一种是需要高温处理的"介孔型"（内部多孔结构帮助电子传输），另一种是更适合低温制造的"平面型"。
根据层叠顺序又分为两种：传统型（ETL在下）和倒置型（HTL在下），它们在效率、稳定性和生产工艺上各有特点，科学家们正根据不同需求优化这两种结构。
目前，在柔性基底方面主要采用四类材料：柔性玻璃、聚合物基底、金属箔和可生物降解材料，每种基底在满足轻量化、高效和耐用的FPSCs要求方面都具有独特的优势和挑战。
钙钛矿材料是柔性太阳能电池的核心，其质量直接决定电池性能。但现有材料存在两个主要问题：一是内部缺陷会导致能量损失，二是离子迁移影响稳定性。
为此，科学家们正在通过两种方法改进：一是优化材料配方（如调整甲脒和甲基铵的比例），二是添加特殊辅助剂（如聚合物、富勒烯等）。
这些添加剂既能帮助形成更完美的晶体结构，又能减缓材料降解，最终提升电池的柔韧性和发电效率。目前这些低温制备工艺已取得显著进展。
2013年，Kumar团队在柔性PET塑料基底上，利用氧化锌(ZnO)纳米棒作为电子传输层，成功研制出世界上首个FPSC。自此，科研人员在提升这类电池的光电转换效率和机械柔韧性方面不断取得重大进展（如图1所示）。
虽然柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）发展迅速，但仍存在几个关键挑战：首先，柔性材料不耐高温，导致钙钛矿薄膜质量较差；其次，反复弯折容易造成薄膜开裂或结构损伤，影响性能稳定性。
目前，科学家们正通过改进柔性基底和器件结构来增强其机械强度。尽管实验室小面积电池效率已超过23%，但大面积制造仍面临困难，卷对卷连续生产工艺虽能实现规模化生产，却存在稳定性不足的问题。
过去十年，通过材料、界面和封装技术的创新，FPSCs取得了显著进展，但要实现商业化，仍需在机械耐久性、大面积制备和环境稳定性等方面取得突破。
卤化物钙钛矿单晶因其完美的晶体结构（无晶界、排列整齐）展现出优异的光电性能，包括低缺陷、高导电性和长电荷传输距离。但传统单晶过厚，容易造成电荷堆积，影响器件性能。
目前，科学家已开发出逆温结晶，反溶剂气相辅助结晶法以及顶部籽晶溶液生长法，这些技术能制备出适合柔性器件的薄层单晶。
另一方面，钙钛矿量子点凭借可调节的光电特性、强抗缺陷能力和高发光效率，在柔性光电器件中表现突出。通过离子和配体调控，再结合结构优化，量子点太阳能电池能实现更好的光吸收和电荷传输性能。
图 单晶钙钛矿和钙钛矿量子点太阳能电池的研究进展
科学家们正在研发简单、低成本的钙钛矿薄膜制备方法，重点解决大面积均匀成膜、减少表面缺陷和提高结晶质量三个关键问题。
为了实现柔性应用，特别注重开发低温制备工艺，目前主要通过调整材料配方、添加特殊成分和气体处理等手段来降低加工温度。
最常用的一步法旋涂工艺中，退火条件、转速和溶剂选择都会显著影响薄膜质量。
新开发的低温两步法能在常温下快速转化材料，不仅改善了薄膜结构，还提升了电池稳定性。此外，刮涂、喷涂、喷墨打印等更适合量产的工艺也正被用于柔性钙钛矿太阳能电池的大规模生产。
图 典型的柔性钙钛矿薄膜低温制备技术
下一代钙钛矿太阳能电池的制备工艺主要分为三大类：单器件制备、批量加工和R2R连续生产。
其中，R2R工艺作为柔性基底的规模化连续生产方式，采用喷涂、狭缝涂布、3D打印、喷墨印刷和刮刀涂布等技术来制造柔性钙钛矿太阳能电池。
R2R制造技术为FPSCs的规模化生产提供了极具前景的路径，可实现连续涂覆、成本降低和性能提升的三重优势。
然而，钙钛矿薄膜底层持续存在的界面缺陷严重制约着R2R技术制备的大面积柔性器件的效率和稳定性，材料设计、R2R工艺和组件优化仍需持续突破以进一步提升效率、稳定性和环境可持续性。
图 R2R制造技术研究进展
FPSCs必须具备双重稳定性：机械稳定性和环境稳定性。机械稳定性主要取决于电极的结构完整性，而环境稳定性则主要由钙钛矿吸收层和界面层的耐候性决定。
一方面，常用的柔性ITO电极存在导电性差、易脆裂等问题，需要优化镀膜工艺；另一方面，钙钛矿材料易受水氧侵蚀，必须采用特殊封装技术。
目前，研究人员开发了超薄阻隔膜和自修复材料双重保护方案：通过气相沉积制备高阻隔性封装层，同时引入能自动修复微裂纹的动态化学键和微胶囊修复剂。
这些创新技术不仅显著提升了电池的弯曲耐受性，还大大延长了在恶劣环境下的使用寿命。
图 FPSCs封装技术的研究进展
1.FPSCs与现代电子器件的集成
与传统领域不同，智能可穿戴设备需在人体直接接触的复杂环境中持续工作，长期承受机械形变。
这一特殊应用场景对其集成的能量收集技术提出了严苛要求，如生物安全性和机械耐久性，这对传统刚性储能材料构成重大研究挑战，亟需开发能满足这些力学要求的柔性材料与集成策略。
2.FPSCs与可充电电池的集成
研究者正在开发一种创新的"太阳能充电"能源系统，将高效柔性的钙钛矿太阳能电池与锂电池等储能设备结合。
这种组合系统既能随时收集太阳能，又能储存电力持续供电，特别适合智能手表、健康监测手环等可穿戴设备。
钙钛矿电池轻薄柔韧的特性，可以完美贴合各种曲面设备，配合高效储能电池后，能大幅延长设备续航时间，让用户摆脱频繁充电的困扰。这种技术未来可广泛应用于医疗监测、智能服装和AR眼镜等领域。
3.FPSCs与超级电容器的集成
钙钛矿太阳能电池(PSCs)的发电量容易受天气、时间和地点影响，导致供电不稳定。
为解决这个问题，研究者将PSCs与超级电容器结合起来：太阳能电池负责发电，超级电容器则快速储存电能并稳定供电。
这种组合既保留了PSCs的高效发电能力，又利用超级电容器快速充放电的特性，确保电力输出平稳可靠。目前研究人员正在开发多种集成方案，让这种混合能源系统更加实用高效。
柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）近年来取得重要突破，在柔性基底、透明电极和低温工艺等方面均有显著进展，其轻薄可弯曲的特性特别适合可穿戴设备和卷对卷量产。
但目前仍面临三大核心挑战：生产规模化难题（薄膜均匀性差、良率低）、稳定性不足（易受水氧侵蚀和弯折损伤）以及效率提升瓶颈。
未来重点发展方向包括：开发新型柔性电极材料以兼顾导电性和透明度，优化大面积薄膜制备工艺确保均匀性，创新封装技术增强环境耐受性，同时结合自修复材料和智能互连技术提升机械耐久性。
通过与储能器件集成构建"发电-储电"一体化系统，FPSCs有望在智能穿戴、建筑光伏等领域实现商业化应用，但需在低成本制造和长期可靠性方面持续突破。
Ghazanfar Nazir, Adeela Rehman, Jagadis Gautam, Muhammad Ikram, Sajjad Hussain, Sikandar Aftab, Kwang Heo, Seul-Yi Lee, Soo-Jin Park, Advancements in Flexible Perovskite Solar Cells and Their Integration into Self-Powered Wearable Optoelectronic Systems, Adv. Powder Mater. 4 (2025) 100304. https://doi.org/10.1016/j.apmate.2025.100304
中卷对卷（R2R）制造作为一种高效、低成本的连续化生产工艺，已成为柔性太阳能电池规模化生产最具前景的技术路线。
该工艺通过在柔性基底（如PET、PI等）上连续沉积功能层并集成封装，实现大面积柔性光伏器件的批量化制备。相比传统单件或片对片（S2S）制造方式，R2R工艺可显著提升生产效率并降低单位成本，为柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）的商业化应用奠定基础。
在柔性光伏领域，R2R制造已成功应用于有机太阳能电池（OPVs）、铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池等产品的工业化生产。
近年来，随着钙钛矿光伏技术的突破，R2R工艺正被加速引入FPSCs制造体系。通过优化狭缝涂布、喷墨打印等溶液法制备工艺，研究人员已实现FPSCs关键功能层（包括电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层）的连续化沉积。
文章信息来源：Advanced Powder Materials（APM）
现今钙钛矿电池的投资火热，但是距离规模化应用仍具有较大距离。在钙钛矿太阳能电池的性能和成本优势尚未完全实现的同时，硅基太阳能电池的效率不断提高，成本不断下降。钙钛矿太阳能电池能否战胜强大的晶硅，仍需要时间进行验证。设备方面，镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备，欢迎大家加入艾邦钙钛矿产业链上下游交流群。
