央廣網北京5月28日消息 柔性太陽電池在移動通信、車載移動能源、航空航天等領域具有廣泛的應用空間。我國科研人員開發了一種邊緣圓滑處理技術，基于這種技術研發的柔性單晶硅太陽電池，薄如紙、厚度只有60微米，而且也可以像紙一樣進行彎曲、折疊，不僅能夠降低太陽電池的生產成本，還將極大地拓展太陽能光伏應用場景。這項成果近日在國際學術期刊《自然》上發表。那么，究竟是什么技術能夠讓太陽電池實現360度卷起來而且不易折斷？
【資料圖】
磨“V”成“U”
發現太陽電池“柔而不脆”秘訣
a.柔性太陽電池硅片彎曲半徑小于5毫米；b.柔性太陽電池彎曲角度超過360度（央廣網發 受訪者供圖）
單晶硅太陽電池是當前開發最快的一種太陽能電池，具有使用壽命長、制備工藝完善以及轉化效率高的優點，目前已經完全替代多晶硅太陽電池，成為光伏市場的主導產品，單晶硅太陽電池在光伏市場的占有率已經達到95%以上。
中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員劉正新：單晶硅的結構很單一，簡單說就是原子排列非常整齊、規則。在太陽電池方面，它的轉換效率非常高。非晶硅太陽電池的轉換效率可能只有10%左右，甚至10%以下。多晶硅太陽電池前幾年是主流產品，它的轉換效率從13%、14%、15%一直到最后的20%。目前是以單晶硅太陽電池為主，它的轉換效率達到20%以上，有的達到23%、24%，完全取代了多晶硅太陽電池，主要是因為它的工藝成熟、轉化效率高，同時成本還很低。
如今，單晶硅太陽電池主要應用于分布式光伏電站與地面光伏電站，如果將其做成可以彎曲的柔性太陽電池，就可以為更多的應用場景提供清潔能源。然而，由于單晶硅是一種高純度的硅材料，具有非常高的結晶度，是一種硬度高的脆性材料，難以制成柔性太陽電池。這一次，研究團隊找到了破解謎題的關鍵。他們通過高速相機觀察發現，單晶硅太陽電池在彎曲時的斷裂總是從單晶硅片邊緣處的“V”字形溝槽開始萌生裂痕，這個區域也被定義為硅片的“力學短板”。根據這一現象，研究團隊創新地開發了邊緣圓滑處理技術。
劉正新：硅片是脆性材料，容易碎。像我們撕一張紙或者碎一個東西，一般都是從邊上開始碎，太陽電池也是這樣。因為做太陽電池都會在表面進行處理，做成凹凸不平的結構，能更好地吸收太陽光，我們叫“金字塔結構”。有了這個發現以后，我們就開發了相應的邊緣圓滑處理技術，就是把邊緣很尖銳的“V”形凹槽處理成圓滑的，把它磨成“U”形，從專業上說叫“介觀結構的對稱性處理”，這樣處理以后就不容易斷裂。
基于這一結構設計方案，研究團隊實現了將單晶硅太陽電池的厚度減薄為50到60微米，而且可以像A4紙一樣進行折疊操作，最小彎曲半徑達到5毫米以下。不僅如此，電池還可以進行重復彎曲，彎曲角度超過360度。特別的是，處理后的太陽電池光電轉換效率基本維持不變。
劉正新：我們重要的發現是只處理邊緣部分，而不是整個硅片，這個是比較特殊的技術。通過處理以后，我們做的太陽電池的轉換效率也可以達到24%以上，既解決了它的柔軟性的問題，轉換效率也很高，同等條件下比較，不影響轉換效率的提升。
臨空飛行器、建筑光伏、車載光伏……
柔性太陽電池前景廣闊
柔性單晶硅太陽電池組件實體應用（央廣網發 受訪者供圖）
柔性太陽電池在移動通信、車載移動能源、航空航天等諸多領域具有廣泛的應用空間，輕薄、便攜、可彎曲，同時還不會降低轉換效率，此次柔性單晶硅太陽電池的開發，不僅能夠降低太陽電池的生產成本，還將為太陽能光伏應用場景打開一片新天地。
劉正新：減薄以后，電池可以柔性彎曲，產生幾個用途：一個是可以攜帶，因為它輕了；第二就是在曲面的屋頂，甚至墻面上更容易安裝；第三，現在很多新能源車，都有很大的儲能電池，如果裝在車頂上也是可以用的。另外，很多人用無人機來攝影、進行通訊和資源探測，如果裝上這種太陽電池，它既輕效率又高，可以長航時飛行，對通信應用、資源勘測、軍事應用等都有很大的幫助。
這項研究正是在太陽電池的應用過程中催生出的問題和成果，目前已在量產線驗證了批量生產的可行性。
劉正新：原來傳統的認知都認為單晶硅太陽電池是不適合做這種柔性太陽電池的，通過這個發現，我們就可以更堅定地來推進這方面的應用，擴寬單晶硅太陽電池的應用范圍。從原理上和中試上，我們都試驗過，也想做更多的推廣應用研究。所以我們會在工程技術上做更多的研究，今后“怎么用”是一個主要研究方向，把技術進一步在工程化的應用上進行開發和完善。
監制丨陳秉科
記者丨劉夢雅
編輯丨廉金亮
