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仅60微米厚,重复弯曲超360度且性能不变,上海科学家开发柔性太阳电池
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2023-05-25 06:01
摘要:破解轻薄性和柔韧性难以兼得问题

60微米厚度的单晶硅太阳电池可以像纸一样折叠,最小弯曲半径达到5毫米;重复弯曲角度超过360度且电池性能不变。来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究团队,为破解单晶硅太阳电池的轻薄性和柔韧性难以兼得这一“跷跷板”瓶颈问题,提供了一个行之有效的科学方法。相关研究成果于2023年5月24日以封面文章在国际学术期刊《自然》发表。图a,柔性太阳电池硅片最小弯曲半径5毫米;图b,柔性太阳电视弯曲角度超过360度

早在上世纪五十年代,美国贝尔实验室的研究者就发明了单晶硅太阳电池,实现了太阳光能转换成电能的突破,并成功用于人造卫星,当时的光电转换效率仅有5%左右。近几年,研究人员将单晶硅太阳电池的光电转换效率提高到26.8%,接近理论极限29.4%,制造成本和综合发电成本大幅度下降,在我国大部分地区达到平价上网。除了常规太阳电池的大规模应用,柔性太阳电池在可穿戴电子、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,然而国内外尚未开发出商用的轻质、柔性太阳电池。

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总是从硅片边缘处的“V”字形沟槽开始萌生裂痕,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”字形沟槽处理成平滑的“U”字形沟槽,且不影响硅片表面和背面对光的吸收能力。“由于圆滑策略仅在硅片边缘实施,基本不影响太阳电池的光电转化效率,同时能够显著提升太阳电池的柔性。”论文通讯作者刘正新研究员介绍。

该工作通过简单工艺处理实现了柔性单晶硅太阳电池制造,并在量产线验证了批量生产的可行性,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。如今,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。

题图来源:柔性单晶硅太阳电池组件应用广泛
图片由采访对象提供
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