記者從中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所獲悉，該所新能源技術(shù)中心研究員劉正新、副研究員劉文柱領(lǐng)銜的團隊，研制成功60微米厚度單晶硅太陽電池。它可以像紙一樣折疊，最小彎曲半徑達到5毫米，重復(fù)彎曲角度超過360度，且保持電池性能不變。這項工作通過簡單工藝處理，實現(xiàn)了柔性單晶硅太陽電池制造，并在量產(chǎn)線驗證了批量生產(chǎn)的可行性，為輕質(zhì)、柔性單晶硅太陽電池的發(fā)展提供一條可行的技術(shù)路線。相關(guān)研究成果于北京時間24日深夜發(fā)表于國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》，并被選為當(dāng)期封面。
近年來，研究人員通過材料結(jié)構(gòu)工程和高端設(shè)備開發(fā)的協(xié)同創(chuàng)新，將單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高到26.8%，接近理論極限29.4%。同時，單晶硅太陽電池在光伏市場占有率也提升到95%以上。
科研人員介紹，常規(guī)太陽電池在地面光伏電站和分布式光伏得到大規(guī)模應(yīng)用，而柔性太陽電池在可穿戴電子、移動通信、光伏建筑一體化、航空航天等領(lǐng)域也有巨大發(fā)展空間。然而，國內(nèi)外尚未開發(fā)出商用的輕質(zhì)、高效、大面積、低成本柔性太陽電池滿足該領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
中科院上海微系統(tǒng)所研究團隊發(fā)現(xiàn)，單晶硅太陽電池在彎曲應(yīng)力作用下的斷裂，總是從單晶硅片邊緣處的“V”字形溝槽開始產(chǎn)生裂痕，該區(qū)域被定義為硅片的“力學(xué)短板”。為此，研究團隊推出邊緣圓滑處理技術(shù)，將硅片邊緣的表面和側(cè)面尖銳的“V”字形溝槽處理成平滑的“U”字形溝槽，從而讓彎曲應(yīng)變有效分散，抑制應(yīng)變斷裂行為。這一結(jié)構(gòu)設(shè)計方案可顯著提升硅片的柔韌性。
“由于圓滑策略僅在硅片邊緣實施，基本不影響太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率，同時能夠顯著提升太陽電池的柔性，未來在航空航天、綠色建筑、便攜式電源等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。”劉正新表示，研究團隊開發(fā)的大面積柔性光伏組件已經(jīng)成功應(yīng)用于臨近空間飛行器、建筑光伏一體化和車載光伏等領(lǐng)域。
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