像纸一样可折叠的高柔韧性单晶硅太阳电池登上《Nature》封面

【蜂耘网  能源环保】近日，中科院上海微系统所宣布，研究团队成功研制高柔韧性单晶硅太阳电池，该成果于2023年5月24日在《Nature》发表，并一举拿下当期封面。

这个高柔韧性单晶硅太阳电池能够像纸片一样被弯曲折叠，弯曲角度能够超过360度，最小弯曲半径达到5毫米以下。

单晶硅太阳电池的前世今生

单晶硅太阳电池在上世纪五十年代就被发明了出来，这项发明成功将太阳能转换成了电能。在当时，光电转换效率仅有5%，但这并不妨碍它成为人造卫星的供电途径。

后来，单晶硅太阳电池不断被改进，光电转换效率逐步提高，已经达到了26.8%，与理论极限29.4%相差不远。

成本降低加效率提高，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率大幅提升，达到95%。无论是光伏电站，还是车载能源、可穿戴电子设备，甚至是航空航天领域，都少不了单晶硅太阳电池的身影。

然而形势大好的单晶硅太阳电池却并非完美。单晶硅太阳电池存在“力学短板”，它在弯曲应力的作用下会在单晶硅片边缘的“V”字型沟槽处产生裂痕。

弥补“力学短板”

中科院上海微系统所的研究团队通过边缘光滑处理技术，改变了硅片边缘的“V”字沟槽，将其处理成“U”型。沟槽发生变化后，介观尺度上的结构对称性发生改变，单晶硅的“脆性”断裂行为转变成了“弹塑性”二次剪切带断裂行为。

这种改变并没有影响太阳电池的光电转换效率，因为这种处理方式仅对硅片的边缘部分，也就是“力学短板”区域有影响，而硅片表面以及背面的光吸收能力并未发生改变。

这种创新的结构设计方案让硅片的柔韧性大幅提升，让单晶硅太阳电池有了像纸片一般弯曲折叠的可能。

这种处理方式工艺简单，在量产线上也验证了批量生产的可行性。单晶硅太阳电池将会被应用在更广泛的地方，尤其是那些需要轻质柔性材料的地方。据悉，该团队的柔性光伏组件已经在临近空间飞行器、建筑光伏一体化和车载光伏等领域成功应用，出色的表现让人看到了一条可行的路径。

来自研究人员的肯定

该论文的通信作者狄增峰研究员提到，通过高速相机观察发现的表面“V”字沟槽的太阳电池硅片断裂行为，让研究团队找到了“力学短板”，并有机会改变这个区域的形貌。圆滑“U”字型沟槽让弯曲应变得到分散，让应变断裂不再容易发生，实现了高效、轻质、柔性的单晶硅太阳电池。

另一位通讯作者刘正新研究员则指出，这种方式不会影响太阳电池的光电转化效率，还增加了柔韧性。这种电池未来会在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面大放异彩。

（蜂耘能源环保网  责任编辑：墨染）