尽管光电转换效率已高达26.8%，单晶硅太阳电池却因为脆而易碎，在需要柔性电池的可穿戴设备、带弧度的车辆和屋顶等领域难以一展身手。近期，中国科学院上海微系统与信息技术研究所科研团队找到了单晶硅片的“力学短板”，并通过巧妙加工将其消除，使得原本易碎的单晶硅片变得柔韧，可以像纸一样折叠，厚度也降低到60微米——仅相当于一张A4纸。该成果被选为5月24日发表的《自然》杂志封面文章。

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。

单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率高达95%以上，如何让它变得“柔而不脆”，在柔性太阳电池领域大展身手？

2022年，刘正新、刘文柱研究团队通过高速相机观察发现，在微米尺度下，单晶硅太阳电池在弯曲应力作用下的断裂总是从单晶硅片边缘处的“V”字型沟槽开始萌生裂痕，于是将该区域定义为硅片的“力学短板”。

▲针对单晶硅片边缘部分的金字塔进行选择性处理，把凹槽尖锐的谷底进行圆滑处理，金字塔沟槽的形状由“V”字形变成“U”字形，增加凹槽底部的曲率半径，变得柔软，具有柔性的特征

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”字型沟槽处理成平滑的“U”字型沟槽。本文通讯作者狄增峰研究员介绍，对于具有表面尖锐“V”字型沟槽的太阳电池硅片断裂行为的认识，启发了研究团队针对硅片边缘区域进行形貌改变，将尖锐“V”字型沟槽处理成圆滑“U”字型沟槽，从而让弯曲应变能够有效分散，有效抑制了应变断裂行为，提升了硅片的柔韧性，最终实现了高效、轻质、柔性的单晶硅太阳电池。

本文通讯作者刘正新研究员介绍，由于圆滑策略仅在硅片边缘实施，不影响硅片表面和背面对光的吸收能力，故而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，“未来，它将在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面具有广阔的应用前景。”

▲柔性单晶硅太阳电池组件成功应用于临近空间飞行器、光伏建筑一体化、车载光伏等领域。

实验证明，该结构设计方案可以显著提升硅片的“柔韧性”，60微米厚度的单晶硅太阳电池既可以像A4纸那样轻柔，可以进行折叠操作（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°）1000次不断裂。

▲图1. a, 柔性太阳电池硅片弯曲半径小于5毫米；b，柔性太阳电视弯曲角度超过360度。

本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。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。

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