界面新聞實習記者 高菁

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

據上海市科學技術委員會5月25日消息，中國科學院上海微系統與信息技術研究所近日成功開發(fā)柔性單晶硅太陽電池技術。該技術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能電池可以像紙一樣進行彎曲、折疊。

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

單晶硅太陽電池最早由美國研究者在上世紀50年代發(fā)明出來，并用于人造衛(wèi)星，當時的光電轉換率僅5%左右。

經過數十年的發(fā)展，單晶硅太陽電池已成為光伏行業(yè)采用的主流技術。目前，單晶硅太陽電池的光電轉換率已提升至26.8%，接近理論極限29.4%，在光伏市場的占有率也上升到95%以上。

光伏轉換率是指太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率，是太陽能電池性能的重要指標之一。轉換率越高，太陽能電池的性能就越好。

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

由于脆性特質，彎曲應力、震動都有可能導致其斷裂，單晶硅太陽能電池在一些應用場景中存在限制。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所（下稱研究團隊）通過高速相機，發(fā)現單晶硅在彎曲應力作用下發(fā)生斷裂時，總是從邊緣的“V”字型溝槽處開始，說明此區(qū)域為單晶硅的“力學短板”。

上述論文指出，通過鈍化“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力狀態(tài)和變形機制。

基于此，研究團隊創(chuàng)新開發(fā)出了邊緣圓滑處理技術，將硅片邊緣表面和側面尖銳的“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，可以像紙張一樣進行折疊、彎曲，彎曲角度可超360度。

上述論文內容顯示，這種邊緣鈍化技術能夠實現商業(yè)化大規(guī)模（>240 cm2）生產柔性單晶硅太陽電池，轉換效率大于24%。

通過運行穩(wěn)定性測試發(fā)現，這些電池在經過1000次側向彎曲循環(huán)后仍能保持百分百的功率轉換效率。組裝成大型（>10000 cm2）柔性模塊的電池，在經歷120小時的熱循環(huán)（-70°C~85°C）后，平均相對功率損失只有0.32%。

此外，當它們附著在一個軟氣囊上并暴露于空氣流中20分鐘后，功率仍能保留96.03%。該實驗主要是模擬風暴期間的風吹情況。

上述研究團隊稱，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化效率，同時能夠顯著提升太陽電池的柔性，該電池技術未來在空間應用、綠色建筑、便攜式電源等方面具有廣闊的應用前景。

此前，薄膜太陽能電池是使用率較高的柔性太陽能電池。這是一種使用薄膜制備成的電池。但其光電轉換效率較低，應用受到限制。國內外不少從事薄膜太陽能電池的企業(yè)都以失敗告終。

美國Solyndra公司以基于銅銦鎵硒（CIGS）的圓柱形薄膜太陽能電池為主要產品，但由于成本過高、效率過低、市場競爭激烈等原因，無法與傳統的晶體硅太陽能電池相抗衡，最終于2011年宣布破產。

曾經的太陽能電池制造龍頭Q-Cells，也在2012年宣布破產。其子公司Solibro專門生產基于銅銦鎵硒的薄膜太陽能電池，也在2019年申請了破產。Q-Cells后被韓國的Hanwha集團收購，并更名為Hanwha Q-Cells。

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