太阳电池也能360度卷起来？我国科研人员突破柔性太阳电池新技术

柔性太阳电池在移动通信、车载移动能源、航空航天等领域具有广泛的应用空间。我国科研人员开发了一种边缘圆滑处理技术，基于这种技术研发的柔性单晶硅太阳电池，薄如纸、厚度只有60微米，而且也可以像纸一样进行弯曲、折叠，不仅能够降低太阳电池的生产成本，还将极大地拓展太阳能光伏应用场景。这项成果近日在国际学术期刊《自然》上发表。那么，究竟是什么技术能够让太阳电池实现360度卷起来而且不易折断？

【资料图】

磨“V”成“U”

发现太阳电池“柔而不脆”秘诀

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（央广网发 受访者供图）

单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳能电池，具有使用寿命长、制备工艺完善以及转化效率高的优点，目前已经完全替代多晶硅太阳电池，成为光伏市场的主导产品，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率已经达到95%以上。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员刘正新：单晶硅的结构很单一，简单说就是原子排列非常整齐、规则。在太阳电池方面，它的转换效率非常高。非晶硅太阳电池的转换效率可能只有10%左右，甚至10%以下。多晶硅太阳电池前几年是主流产品，它的转换效率从13%、14%、15%一直到最后的20%。目前是以单晶硅太阳电池为主，它的转换效率达到20%以上，有的达到23%、24%，完全取代了多晶硅太阳电池，主要是因为它的工艺成熟、转化效率高，同时成本还很低。

如今，单晶硅太阳电池主要应用于分布式光伏电站与地面光伏电站，如果将其做成可以弯曲的柔性太阳电池，就可以为更多的应用场景提供清洁能源。然而，由于单晶硅是一种高纯度的硅材料，具有非常高的结晶度，是一种硬度高的脆性材料，难以制成柔性太阳电池。这一次，研究团队找到了破解谜题的关键。他们通过高速相机观察发现，单晶硅太阳电池在弯曲时的断裂总是从单晶硅片边缘处的“V”字形沟槽开始萌生裂痕，这个区域也被定义为硅片的“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。

刘正新：硅片是脆性材料，容易碎。像我们撕一张纸或者碎一个东西，一般都是从边上开始碎，太阳电池也是这样。因为做太阳电池都会在表面进行处理，做成凹凸不平的结构，能更好地吸收太阳光，我们叫“金字塔结构”。有了这个发现以后，我们就开发了相应的边缘圆滑处理技术，就是把边缘很尖锐的“V”形凹槽处理成圆滑的，把它磨成“U”形，从专业上说叫“介观结构的对称性处理”，这样处理以后就不容易断裂。

基于这一结构设计方案，研究团队实现了将单晶硅太阳电池的厚度减薄为50到60微米，而且可以像A4纸一样进行折叠操作，最小弯曲半径达到5毫米以下。不仅如此，电池还可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度。特别的是，处理后的太阳电池光电转换效率基本维持不变。

刘正新：我们重要的发现是只处理边缘部分，而不是整个硅片，这个是比较特殊的技术。通过处理以后，我们做的太阳电池的转换效率也可以达到24%以上，既解决了它的柔软性的问题，转换效率也很高，同等条件下比较，不影响转换效率的提升。

临空飞行器、建筑光伏、车载光伏……

柔性太阳电池前景广阔

柔性单晶硅太阳电池组件实体应用（央广网发 受访者供图）

柔性太阳电池在移动通信、车载移动能源、航空航天等诸多领域具有广泛的应用空间，轻薄、便携、可弯曲，同时还不会降低转换效率，此次柔性单晶硅太阳电池的开发，不仅能够降低太阳电池的生产成本，还将为太阳能光伏应用场景打开一片新天地。

刘正新：减薄以后，电池可以柔性弯曲，产生几个用途：一个是可以携带，因为它轻了；第二就是在曲面的屋顶，甚至墙面上更容易安装；第三，现在很多新能源车，都有很大的储能电池，如果装在车顶上也是可以用的。另外，很多人用无人机来摄影、进行通讯和资源探测，如果装上这种太阳电池，它既轻效率又高，可以长航时飞行，对通信应用、资源勘测、军事应用等都有很大的帮助。

这项研究正是在太阳电池的应用过程中催生出的问题和成果，目前已在量产线验证了批量生产的可行性。

刘正新：原来传统的认知都认为单晶硅太阳电池是不适合做这种柔性太阳电池的，通过这个发现，我们就可以更坚定地来推进这方面的应用，扩宽单晶硅太阳电池的应用范围。从原理上和中试上，我们都试验过，也想做更多的推广应用研究。所以我们会在工程技术上做更多的研究，今后“怎么用”是一个主要研究方向，把技术进一步在工程化的应用上进行开发和完善。

监制丨陈秉科

记者丨刘梦雅

编辑丨廉金亮

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