【科学强国】可以“卷”的太阳能电池来了

　　一直以来，由于不可弯折，单晶硅太阳能电池被公认为一种脆性电池。

　　不过，近日，我国科学家研制出可以像纸片一样弯折且不易断裂的柔性晶硅太阳能电池。这一研究成果将突破性拓展晶硅太阳能电池在空间应用、绿色建筑、车载移动能源等领域的应用前景，或可带来大规模柔性太阳能电池的爆炸式增长。

　　太阳能电池“卷”起来

　　据上海市科学技术委员会5月25日消息，中国科学院上海微系统与信息技术研究所近日成功开发柔性单晶硅太阳电池技术。该技术能够显著提升硅片的“柔韧性”，使60微米厚度的柔性单晶硅太阳能电池可以像纸一样进行弯曲、折叠。

　　该项研究成果被刊发在5月24日的《自然》期刊上，并被选为当期封面。该期刊是全球最有名望的科学杂志之一。

图源：华声在线

　　研究人员通过高速相机观察发现，单晶硅太阳能电池的断裂总是从单晶硅片边缘处的V型沟槽开始萌生裂痕。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型沟槽处理成平滑的U型沟槽。该技术可在不影响硅片表面和背面对光的吸收能力的同时，显著提升硅片的柔韧性。

　　研究人员还惊喜地发现，基于该技术研发的单晶硅太阳能电池可以像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。“由于圆滑策略仅在硅片边缘实施，因此基本不影响太阳能电池的光电转化效率，同时能够显著提升太阳能电池的柔性。”研究团队成员刘正新研究员介绍说。

图源：中国科学报

　　更节能，更环保

　　相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品。

　　其中，单晶硅太阳能电池，是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。

　　二十世纪五十年代，美国贝尔实验室发明单晶硅太阳电池，利用单晶硅晶圆实现太阳光能转换成电能的突破，并成功用于人造卫星，但当时的光电转换效率仅有5%左右。

　　经过数十年的发展，单晶硅太阳电池已成为光伏行业采用的主流技术。目前，单晶硅太阳电池的光电转换率已提升至26.8%，接近理论极限29.4%，且制造成本和综合发电成本大幅度下降，在中国大部分地区达到平价上网。

　　据中科院上海微系统所介绍，近年来，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率上升到95%以上，除常规太阳电池在地面光伏电站和分布式光伏的大规模应用以外，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。

　　但此前，中外尚未开发出商用的高效、轻质、大面积、低成本柔性太阳电池满足该领域的应用需求。

　　现在，中国科学家的这项最新研究，成功破解了硅片的“力学短板”，显著提升硅片“柔韧性”，研发出柔性单晶硅太阳电池技术，在此基础上实现柔性单晶硅太阳电池制造，并已验证批量生产的可行性。

　　“无论如何弯曲，整个大硅片都能恢复如初，它没有晶界、没有摩擦，哪怕折叠1000次，功率也没有丝毫衰减，使用寿命很长。而这些都是多晶电池很难实现的。”论文第一作者、上海微系统所副研究员刘文柱说。

　　光伏市场前景广阔

　　据悉，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。

　　论文通讯作者、中科院上海微系统所刘正新研究员表示，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，又能够显著提升太阳电池的柔性，未来在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面具有广阔的应用前景。

　　随着太阳能电池的效率不断提高，新型太阳能电池技术的研究不断推进，太阳能光伏产业的未来前景广阔。在不远的将来，太阳能光伏发电将占据世界能源消费的重要席位。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。

　　（中国小康网综合中国科学报、中国新闻网、科普中国、华声在线等）

　　来源：中国小康网

　　作者：风华

　　审核：龚紫陌