5 月 25 日消息，太阳能是一种清洁、可再生的能源，而单晶硅太阳电池是目前最高效、最广泛应用的太阳能转换技术之一。然而，单晶硅太阳电池也存在一些缺点，如重量大、易断裂、不适合弯曲等，这限制了它在可穿戴电子、光伏建筑一体化、航空航天等领域的应用。
IT之家从中科院上海微系统所官方公众号获悉，该所研究团队通过高速相机观察发现，单晶硅太阳电池在弯曲应力作用下的断裂总是从单晶硅片边缘处的“V”字型沟槽开始萌生裂痕，该区域被定义为硅片的“力学短板”。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”字型沟槽处理成平滑的“U”字型沟槽，改变介观尺度上的结构对称性，结合有限元分析、动态应力载荷下的分子动力学模拟和球差透射电子显微镜的残余应力分析，发现单晶硅的“脆性”断裂行为转变成“弹塑性”二次剪切带断裂行为。同时，由于圆滑处理只限于硅片边缘区域，不影响硅片表面和背面对光的吸收能力，从而保持了太阳电池的光电转换效率不变。
图 1. a, 柔性太阳电池硅片弯曲半径小于 5 毫米；b，柔性太阳电池弯曲角度超过 360 度。
图 2. 柔性单晶硅太阳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。
该结构设计方案可以显著提升硅片的“柔韧性”，60 微米厚度的单晶硅太阳电池可以像 A4 纸一样进行折叠操作，最小弯曲半径达到 5 毫米以下（图 1a）；也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过 360 度（图 1b）。
这种柔性单晶硅太阳电池已经在量产线验证了批量生产的可行性，并在临近空间飞行器、建筑光伏一体化和车载光伏等领域得到了应用。这项成果于 2023 年 5 月 24 日在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表，并被选为当期的封面。
本文通讯作者狄增峰研究员和刘正新研究员表示，这项工作为轻质、柔性单晶硅太阳电池的发展提供了一条可行的技术路线，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。
