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(資料圖片僅供參考)

據(jù)上海市科學技術委員會5月25日消息，近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（以下簡稱中科院上海微系統(tǒng)所）成功開發(fā)柔性單晶硅太陽電池技術。

中科院上海微系統(tǒng)所的研究團隊通過高速相機觀察發(fā)現(xiàn)，單晶硅太陽電池在彎曲應力作用下的斷裂總是從單晶硅片邊緣處的“V”字型溝槽開始萌生裂痕，該區(qū)域被定義為硅片的“力學短板”。根據(jù)這一現(xiàn)象，研究團隊創(chuàng)新地開發(fā)了邊緣圓滑處理技術，將硅片邊緣的表面和側面尖銳的“V”字型溝槽處理成平滑的“U”字型溝槽，改變介觀尺度上的結構對稱性，結合有限元分析、動態(tài)應力載荷下的分子動力學模擬和球差透射電子顯微鏡的殘余應力分析，發(fā)現(xiàn)單晶硅的“脆性”斷裂行為轉變成“彈塑性”二次剪切帶斷裂行為。同時，由于圓滑處理只限于硅片邊緣區(qū)域，不影響硅片表面和背面對光的吸收能力，從而保持了太陽電池的光電轉換效率不變。該結構設計方案可以顯著提升硅片的“柔韌性”，60微米厚度的單晶硅太陽電池可以像A4紙一樣進行折疊操作，最小彎曲半徑達到5毫米以下（圖1a）；也可以進行重復彎曲，彎曲角度超過360度（圖1b）。相關成果于2023年5月24日在《Nature》發(fā)表，并被選為當期的封面。

圖1. a，柔性太陽電池硅片彎曲半徑小于5毫米；b，柔性太陽電視彎曲角度超過360度。

該工作通過簡單工藝處理實現(xiàn)了柔性單晶硅太陽電池制造，并在量產線驗證了批量生產的可行性，為輕質、柔性單晶硅太陽電池的發(fā)展提供了一條可行的技術路線。研究團隊開發(fā)的大面積柔性光伏組件已經成功應用于臨近空間飛行器、建筑光伏一體化和車載光伏等領域。

該工作的第一完成單位為中科院上海微系統(tǒng)所，第一作者為中科院上海微系統(tǒng)所劉文柱副研究員、長沙理工大學劉玉敬副教授、沙特阿美石油公司楊自強博士和南京師范大學徐常清教授。理論計算與北京航空航天大學丁彬副教授和南京師范大學徐常清教授合作完成。殘余應力分析與長沙理工大學劉小春教授和劉玉敬副教授合作完成。高速相機拍攝硅片瞬間斷裂過程由阿美石油公司楊自強博士完成。