界面新聞實(shí)習(xí)記者 高菁

中國(guó)科學(xué)家開發(fā)的柔性單晶硅太陽(yáng)電池技術(shù)，登上了《自然》（Nature）期刊封面。

據(jù)上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)5月25日消息，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所近日成功開發(fā)柔性單晶硅太陽(yáng)電池技術(shù)。該技術(shù)能夠顯著提升硅片的“柔韌性”，使60微米厚度的柔性單晶硅太陽(yáng)能電池可以像紙一樣進(jìn)行彎曲、折疊。

該項(xiàng)研究成果被刊發(fā)在5月24日的《自然》期刊上，并被選為當(dāng)期封面。該期刊是全球最有名望的科學(xué)雜志之一。

單晶硅太陽(yáng)電池最早由美國(guó)研究者在上世紀(jì)50年代發(fā)明出來(lái)，并用于人造衛(wèi)星，當(dāng)時(shí)的光電轉(zhuǎn)換率僅5%左右。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，單晶硅太陽(yáng)電池已成為光伏行業(yè)采用的主流技術(shù)。目前，單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換率已提升至26.8%，接近理論極限29.4%，在光伏市場(chǎng)的占有率也上升到95%以上。

光伏轉(zhuǎn)換率是指太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率，是太陽(yáng)能電池性能的重要指標(biāo)之一。轉(zhuǎn)換率越高，太陽(yáng)能電池的性能就越好。

目前，單晶硅太陽(yáng)能電池主要應(yīng)用于分布式光伏電站與地面光伏電站，在可穿戴電子、車載移動(dòng)能源、建筑等領(lǐng)域仍存在巨大的發(fā)展空間。

由于脆性特質(zhì)，彎曲應(yīng)力、震動(dòng)都有可能導(dǎo)致其斷裂，單晶硅太陽(yáng)能電池在一些應(yīng)用場(chǎng)景中存在限制。

中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（下稱研究團(tuán)隊(duì)）通過(guò)高速相機(jī)，發(fā)現(xiàn)單晶硅在彎曲應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂時(shí)，總是從邊緣的“V”字型溝槽處開始，說(shuō)明此區(qū)域?yàn)閱尉Ч璧摹傲W(xué)短板”。

上述論文指出，通過(guò)鈍化“V”字型溝槽的銳度，可以控制單晶硅的斷裂行為，改變其在彎曲載荷下的應(yīng)力狀態(tài)和變形機(jī)制。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開發(fā)出了邊緣圓滑處理技術(shù)，將硅片邊緣表面和側(cè)面尖銳的“V”字形溝槽處理成平滑的“U”字形溝槽。

處理后的單晶硅的斷裂方式發(fā)生了改變，從“脆性”斷裂行為轉(zhuǎn)變成“彈塑性”二次剪切帶斷裂行為，后者更不易斷裂，可以像紙張一樣進(jìn)行折疊、彎曲，彎曲角度可超360度。

上述論文內(nèi)容顯示，這種邊緣鈍化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模（>240 cm2）生產(chǎn)柔性單晶硅太陽(yáng)電池，轉(zhuǎn)換效率大于24%。

通過(guò)運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，這些電池在經(jīng)過(guò)1000次側(cè)向彎曲循環(huán)后仍能保持百分百的功率轉(zhuǎn)換效率。組裝成大型（>10000 cm2）柔性模塊的電池，在經(jīng)歷120小時(shí)的熱循環(huán)（-70°C~85°C）后，平均相對(duì)功率損失只有0.32%。

此外，當(dāng)它們附著在一個(gè)軟氣囊上并暴露于空氣流中20分鐘后，功率仍能保留96.03%。該實(shí)驗(yàn)主要是模擬風(fēng)暴期間的風(fēng)吹情況。

上述研究團(tuán)隊(duì)稱，由于圓滑策略僅在硅片邊緣實(shí)施，基本不影響太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)能夠顯著提升太陽(yáng)電池的柔性，該電池技術(shù)未來(lái)在空間應(yīng)用、綠色建筑、便攜式電源等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

此前，薄膜太陽(yáng)能電池是使用率較高的柔性太陽(yáng)能電池。這是一種使用薄膜制備成的電池。但其光電轉(zhuǎn)換效率較低，應(yīng)用受到限制。國(guó)內(nèi)外不少?gòu)氖卤∧ぬ?yáng)能電池的企業(yè)都以失敗告終。

美國(guó)Solyndra公司以基于銅銦鎵硒（CIGS）的圓柱形薄膜太陽(yáng)能電池為主要產(chǎn)品，但由于成本過(guò)高、效率過(guò)低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈等原因，無(wú)法與傳統(tǒng)的晶體硅太陽(yáng)能電池相抗衡，最終于2011年宣布破產(chǎn)。

曾經(jīng)的太陽(yáng)能電池制造龍頭Q-Cells，也在2012年宣布破產(chǎn)。其子公司Solibro專門生產(chǎn)基于銅銦鎵硒的薄膜太陽(yáng)能電池，也在2019年申請(qǐng)了破產(chǎn)。Q-Cells后被韓國(guó)的Hanwha集團(tuán)收購(gòu)，并更名為Hanwha Q-Cells。

中國(guó)企業(yè)漢能集團(tuán)，曾是全球最大的薄膜太陽(yáng)能電池制造商之一，也最終走向破產(chǎn)。