柔性太阳能电池,终于来了!

柔性太阳能电池，终于来了！而且，它是我们中国科学家研究的。它像纸一样薄，可以重复折叠数千次。

在此之前，薄膜太阳能领域有一个著名的失败者——汉能。此外，中国光伏教父施正荣博士投资的上迈新能源一直致力于这方面的研究。

在本次SNEC展上，赶碳号还注意到日托光伏现场展示了柔性轻质组件产品，相当惊艳。

目前的光伏圈有点浮躁，但光伏科学研究领域有一些“静气”。从研究成果到产业化，肯定还有很长的路要走，但还是要赞美年轻的中国科学家！

超薄、弯曲的太阳能电池来了！我国研究人员开发了一种柔性单晶硅太阳能电池，边缘光滑处理技术，薄如纸，厚度60微米，可像纸一样弯曲折叠。5月24日，相关研究成果在《自然》杂志上发表，并被选为封面文章。通威太阳能共同参与了该技术的研发。柔性单晶硅太阳能电池组件已成功应用于空间飞机、光伏建筑一体化、车载光伏等领域。

太阳能电池厚度只有60微米

单晶硅太阳能电池是目前发展最快的太阳能电池。它具有使用寿命长、制备工艺完善、转化效率高的优点。它是光伏市场的主导产品。

目前，单晶硅太阳能电池主要用于分布式光伏电站和地面光伏电站。如果制成柔性太阳能电池，可广泛应用于建筑、背包、帐篷、汽车、帆船甚至飞机，为房屋、各种便携式电子通信设备和交通工具提供轻便的清洁能源。

中国科学院上海微系统研究所研究员刘正新表示，由于单晶硅是一种高纯度的硅材料，其结晶度非常高，是一种高硬度的脆性材料，很难制成柔性太阳能电池。

硅片是一种脆性材料，易碎。就像人们撕纸或碎东西一样，它通常从侧面开始破碎，太阳能电池也是如此。因为太阳能电池会在表面处理，形成不均匀的结构，可以更好地吸收太阳，通常被称为“金字塔结构”。

这一次，研究团队找到了解决谜题的关键。

通过高速相机观察，他们发现单晶硅太阳能电池在弯曲时总是从单晶硅片边缘断裂“V”字形沟开始萌生裂缝，该区域也定义为硅片“力学短板”。

有了这个发现，研究人员开发了相应的边缘光滑处理技术，即尖锐的边缘“V”形槽处理成光滑，磨成光滑“U”形状，专业上叫“介观结构对称处理”，这样处理后就不容易断裂了。

据《自然》杂志报道，刘文柱和刘正新的研究“改变了规则”。

论文指出，这种边缘钝化技术可以大规模实现（>240 cm）商业化生产，高效（>24%)硅太阳能电池，可以像纸一样卷起。

在1,000 左右弯曲循环后，电池仍能保持100% 功率转换效率。组装成大型（>10,000 cm2)柔性模块后，这些电池在 -70°C 至 85°C 之间热循环 120 小时后仍保留 99.62% 的功率。此外，当连接到软气囊时，它们暴露在气流中 20 分钟后保留 96.03% 的功率——软气囊模拟暴风雨中的风。

在此之前，非晶硅，Cu(In,Ga)Se2、CdTe、由有机物和钙钛矿制成的薄膜太阳能电池具有灵活性，但由于功率转换效率低，其使用受到限制。此外，以钙钛矿电池为例，有毒物质会释放到环境中，在大面积、不稳定的操作条件下性能较差。

过去，许多从事柔性太阳能电池的企业都倒闭了——汉能是最著名的例子。

柔性太阳能电池在移动通信、车载移动能源、航空航天等领域有广泛的应用空间，轻、便携、弯曲，不会降低转换效率，柔性单晶硅太阳能电池的开发，不仅可以降低太阳能电池的生产成本，还可以为太阳能光伏应用场景开辟新的世界。

刘正新介绍，减薄后，电池可以灵活弯曲，产生几种用途：

一是可以携带，因为它很轻；二是更容易安装在曲面屋顶甚至墙壁上；第三，现在很多新能源汽车都有很大的储能电池，如果安装在屋顶上也可以使用。此外，许多人使用无人机进行摄影、通信和资源检测。如果安装了这种太阳能电池，它既轻又高效，可以长途飞行，这对通信应用、资源勘察、军事应用等都有很大的帮助。

去年9月，中国科学院上海微系统与信息技术研究所微系统技术重点实验室研究员刘正信团队与电子科技大学教授刘明信团队合作，开发了钙钛矿/硅异质结SHJ叠层太阳能电池，转化效率接近29%，成为当时基于工业化的全绒面SHJ太阳能电池的最高效率。

自2010年成立以来，中国科学院上海微系统研究所新能源技术中心一直专注于非晶硅/单晶硅异质结太阳能电池的研发，取得了多项原创科研成果，并在临近空间开发、极地科研站可再生能源供电等领域取得了大规模、产业化的应用。

第一作者刘文柱， 上海微系统与信息技术研究所，中国科学院副研究员，硕士导师。

2017年毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所，获得工程博士学位。2017年至2020年在KAUST从事硅太阳能电池研究，2020年回到中国科学院上海微系统与信息技术研究所工作。中国可再生能源学会青年委员于2021年当选。在Nature，Science，Nature Energy，Joule，Advanced Materials等期刊发表了50多篇论文。主持国家自然科学基金和上海自然科学基金。目前，主要研究兴趣：硅太阳能电池物理、新型BIPV技术、硅太阳能电池在特殊气候环境下的可靠性、自供能监测电子设备开发、动态过程表征技术开发。

附件：论文.pdf