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(資料圖片僅供參考)

據(jù)上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)5月25日消息，近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱中科院上海微系統(tǒng)所）成功開發(fā)柔性單晶硅太陽(yáng)電池技術(shù)。

中科院上海微系統(tǒng)所的研究團(tuán)隊(duì)通過高速相機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，單晶硅太陽(yáng)電池在彎曲應(yīng)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(xué)短板”。根據(jù)這一現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)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(duì)稱性，結(jié)合有限元分析、動(dòng)態(tài)應(yīng)力載荷下的分子動(dòng)力學(xué)模擬和球差透射電子顯微鏡的殘余應(yīng)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(shí)，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(duì)光的吸收能力，從而保持了太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率不變。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yáng)電池可以像A4紙一樣進(jìn)行折疊操作，最小彎曲半徑達(dá)到5毫米以下（圖1a）；也可以進(jìn)行重復(fù)彎曲，彎曲角度超過360度（圖1b）。相關(guān)成果于2023年5月24日在《Nature》發(fā)表，并被選為當(dāng)期的封面。

圖1. a，柔性太陽(yáng)電池硅片彎曲半徑小于5毫米；b，柔性太陽(yáng)電視彎曲角度超過360度。

該工作通過簡(jiǎn)單工藝處理實(shí)現(xiàn)了柔性單晶硅太陽(yáng)電池制造，并在量產(chǎn)線驗(yàn)證了批量生產(chǎn)的可行性，為輕質(zhì)、柔性單晶硅太陽(yáng)電池的發(fā)展提供了一條可行的技術(shù)路線。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的大面積柔性光伏組件已經(jīng)成功應(yīng)用于臨近空間飛行器、建筑光伏一體化和車載光伏等領(lǐng)域。

該工作的第一完成單位為中科院上海微系統(tǒng)所，第一作者為中科院上海微系統(tǒng)所劉文柱副研究員、長(zhǎng)沙理工大學(xué)劉玉敬副教授、沙特阿美石油公司楊自強(qiáng)博士和南京師范大學(xué)徐常清教授。理論計(jì)算與北京航空航天大學(xué)丁彬副教授和南京師范大學(xué)徐常清教授合作完成。殘余應(yīng)力分析與長(zhǎng)沙理工大學(xué)劉小春教授和劉玉敬副教授合作完成。高速相機(jī)拍攝硅片瞬間斷裂過程由阿美石油公司楊自強(qiáng)博士完成。