我科学家研发出柔性单晶硅太阳能电池
2023-05-25 09:49:19 来源: 科技日报 作者: 陆成宽 6park.com
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科技日报记者 陆成宽
超薄、可弯曲的太阳能电池来了！我国科研人员开发了一种边缘圆滑处理技术，基于该技术研发的柔性单晶硅太阳能电池，薄如纸，厚度60微米，而且可以像纸一样进行弯曲、折叠。相关研究成果5月24日在线发表于《自然》杂志，并被选为封面文章。
单晶硅太阳能电池是当前开发最快的一种太阳能电池，具有使用寿命长、制备工艺完善以及转化效率高的优点，是光伏市场的主导产品。“目前，单晶硅太阳能电池在光伏市场的占有率达到95%以上。”论文共同通讯作者、中科院上海微系统所副所长狄增峰介绍。
现阶段，单晶硅太阳能电池主要应用于分布式光伏电站与地面光伏电站，如果将其做成可以弯曲的柔性太阳能电池，就可以广泛应用于建筑、背包、帐篷、汽车、帆船甚至飞机上，为房屋、各种便携式电子及通信设备、交通工具等提供轻便的清洁能源。
“然而，科学家还没有开发出可以商用的高效、轻质、大面积、低成本柔性太阳能电池。”狄增峰说。


柔性单晶硅太阳能电池组件成功应用于临近空间飞行器、光伏建筑一体化、车载光伏等领域。
此次，研究人员通过高速相机观察发现，单晶硅太阳能电池的断裂总是从单晶硅片边缘处的V型沟槽开始萌生裂痕。根据这一现象，研究团队创新地开发了边缘圆滑处理技术，将硅片边缘的表面和侧面尖锐的V型沟槽处理成平滑的U型沟槽。该“圆滑”处理在不影响硅片表面和背面对光的吸收能力的同时，可以显著提升硅片的“柔韧性”。
研究人员惊喜地发现，基于该技术研发的60微米厚的单晶硅太阳能电池可以像A4纸一样进行折叠操作，最小弯曲半径达到5毫米以下；也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度。

a, 柔性太阳能电池硅片弯曲半径小于5毫米；b，柔性太阳能电视弯曲角度超过360度。
“由于圆滑策略仅在硅片边缘实施，因此基本不影响太阳能电池的光电转化效率，同时能够显著提升太阳能电池的柔性。”在论文共同通讯作者、中科院上海微系统所研究员刘正新看来，这种柔性太阳能电池未来在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面具有广阔的应用前景。
刘正新表示，这项研究通过简单工艺处理实现了柔性单晶硅太阳能电池制造，并在量产线验证了批量生产的可行性，为轻质、柔性单晶硅太阳能电池的发展提供了一条可行的技术路线。同时，研究团队开发的大面积柔性光伏组件已经成功应用于临近空间飞行器、建筑光伏一体化和车载光伏等领域。
（中科院上海微系统所供图）