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來源: 界面新聞 中國科學家開發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。 
《自然》雜志封面 圖片來源：《自然》雜志 單晶硅太陽電池最早由美國研究者在上世紀50年代發明出來，并用于人造衛星，當時的光電轉換率僅5%左右。 經過數十年的發展，單晶硅太陽電池已成為光伏行業采用的主流技術。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，發現單晶硅在彎曲應力作用下發生斷裂時，總是從邊緣的“V”字型溝槽處開始，說明此區域為單晶硅的“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和變形機制。 基于此，研究團隊創新開發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。
彎曲角度超過360度 圖片來源：論文《Flexible solar cells based on foldable silicon wafers with blunted edges》 上述論文內容顯示，這種邊緣鈍化技術能夠實現商業化大規模（>240 cm²）生產柔性單晶硅太陽電池，轉換效率大于24%。 通過運行穩定性測試發現，這些電池在經過1000次側向彎曲循環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（-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。
電池（模塊）在極端條件下的運行穩定性圖示 圖片來源：論文《Flexible solar cells based on foldable silicon wafers with blunted edges》 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。 |
