能像纸一样弯折的太阳电池来了

太阳电池也可以弯曲折叠？中国科学家给出肯定的答案。近日，记者从上海市科学技术委员会了解到，中国科学院上海微系统与信息技术研究所（以下简称“中科院上海微系统所”）成功开发出柔性单晶硅太阳电池技术，让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，并且可以进行重复弯曲。5月24日，该成果以封面文章的形式在国际学术期刊《自然》杂志上发表。

单晶硅太阳电池具有转换效率高、使用寿命长、制备工艺完善等优点，是目前光伏市场的主产品。据中科院上海微系统所介绍，目前，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率上升至95%以上。然而，越轻薄的单晶硅越脆。中科院上海微系统所研究员刘正新表示，单晶硅是一种脆性材料，给它施加应力时容易碎，尤其是要把它做得更便宜、更轻薄时，它就更容易碎。大角度弯曲而不损坏的硅片在过去几乎不可能实现，其主要原因就是硅片的力学特征限制了其柔韧性。

在该项研究中，中科院上海微系统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的，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。

“对于具有表面尖锐‘V’字型沟槽的太阳电池硅片断裂行为的认识，启发了研究团队针对硅片边缘区域进行形貌改变，我们将尖锐‘V’字型沟槽处理成圆滑‘U’字型沟槽，从而让弯曲应变能够有效分散，有效抑制了应变断裂行为，提升了硅片的柔韧性，最终实现了高效、轻质、柔性的单晶硅太阳电池。”中科院上海微系统所副所长狄增峰说。

据介绍，基于该技术，60微米厚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，也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度。在柔韧性增强的同时，还保持了太阳电池的光电转换效率不变。

柔性太阳电池除了应用于地面光伏电站和分布式光伏电站外，在可穿戴电子、移动通讯、车载移动能源、光伏建筑一体化、航空航天等领域也具有巨大的发展空间。

据了解，目前该工艺已验证批量生产的可行性，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。研究团队开发的大面积柔性光伏组件已经成功应用于临近空间飞行器、建筑光伏一体化和车载光伏等领域。