IT之家 5 月 25 日消息，太陽能是一種清潔、可再生的能源，而單晶硅太陽電池是目前最高效、最廣泛應用的太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。然而，單晶硅太陽電池也存在一些缺點，如重量大、易斷裂、不適合彎曲等，這限制了它在可穿戴電子、光伏建筑一體化、航空航天等領(lǐng)域的應用。
IT之家從中科院上海微系統(tǒng)所官方公眾號獲悉，該所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(shù)，將硅片邊緣的表面和側(cè)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(jié)構(gòu)對稱性，結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率不變。
該結(jié)構(gòu)設(shè)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）。
這種柔性單晶硅太陽電池已經(jīng)在量產(chǎn)線驗證了批量生產(chǎn)的可行性，并在臨近空間飛行器、建筑光伏一體化和車載光伏等領(lǐng)域得到了應用。這項成果于 2023 年 5 月 24 日在國際頂尖學術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表，并被選為當期的封面。
本文通訊作者狄增峰研究員和劉正新研究員表示，這項工作為輕質(zhì)、柔性單晶硅太陽電池的發(fā)展提供了一條可行的技術(shù)路線，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。
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