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每日熱議!我國(guó)科學(xué)家重大突破!像紙一樣可彎曲折疊的太陽(yáng)能電池,來(lái)啦!

2023-05-31 10:59:17 來(lái)源：KE科日光伏網(wǎng)

柔性太陽(yáng)能電池，終于來(lái)了！而且，是咱們中國(guó)科學(xué)家研究出來(lái)的。它像紙一樣薄，可以反復(fù)折疊上千次。


【資料圖】

在此之前，薄膜太陽(yáng)能領(lǐng)域，有一個(gè)著名的失敗者——漢能。另外，中國(guó)光伏教父施正榮博士投資的上邁新能源，也一直致力于這方面的研究。

在本屆SNEC展會(huì)上，趕碳號(hào)還注意到日托光伏有柔性輕質(zhì)組件產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)展示，頗有些驚艷。

當(dāng)下的光伏圈多少有點(diǎn)浮躁，但光伏科學(xué)研究領(lǐng)域，卻很有些“靜氣”。從研究成果到產(chǎn)業(yè)化，肯定還有很長(zhǎng)的路要走，但是仍要為年輕的中國(guó)科學(xué)家們點(diǎn)贊！

超薄、可彎曲的太陽(yáng)能電池來(lái)了！

我國(guó)科研人員開(kāi)發(fā)了一種邊緣圓滑處理技術(shù)，基于該技術(shù)研發(fā)的柔性單晶硅太陽(yáng)能電池，薄如紙，厚度60微米，而且可以像紙一樣進(jìn)行彎曲、折疊。相關(guān)研究成果5月24日在線發(fā)表于《自然》雜志，并被選為封面文章。

柔性單晶硅太陽(yáng)能電池組件成功應(yīng)用于臨近空間飛行器、光伏建筑一體化、車(chē)載光伏等領(lǐng)域。

厚度只有60微米的太陽(yáng)能電池

單晶硅太陽(yáng)能電池是當(dāng)前開(kāi)發(fā)最快的一種太陽(yáng)能電池，具有使用壽命長(zhǎng)、制備工藝完善以及轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)，是光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。

現(xiàn)階段，單晶硅太陽(yáng)能電池主要應(yīng)用于分布式光伏電站與地面光伏電站，如果將其做成可以彎曲的柔性太陽(yáng)能電池，就可以廣泛應(yīng)用于建筑、背包、帳篷、汽車(chē)、帆船甚至飛機(jī)上，為房屋、各種便攜式電子及通信設(shè)備、交通工具等提供輕便的清潔能源。

論文共同通訊作者、中科院上海微系統(tǒng)所研究員劉正新表示，由于單晶硅是一種高純度的硅材料，具有非常高的結(jié)晶度，是一種硬度高的脆性材料，難以制成柔性太陽(yáng)電池。

硅片是脆性材料，容易碎。像人們撕一張紙或者碎一個(gè)東西，一般都是從邊上開(kāi)始碎，太陽(yáng)電池也是這樣。因?yàn)樽鎏?yáng)電池都會(huì)在表面進(jìn)行處理，做成凹凸不平的結(jié)構(gòu)，能更好地吸收太陽(yáng)光，通常叫“金字塔結(jié)構(gòu)”。

這一次，研究團(tuán)隊(duì)找到了破解謎題的關(guān)鍵。

他們通過(guò)高速相機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，單晶硅太陽(yáng)電池在彎曲時(shí)的斷裂，總是從單晶硅片邊緣處的“V”字形溝槽開(kāi)始萌生裂痕，這個(gè)區(qū)域也被定義為硅片的“力學(xué)短板”。

有了這個(gè)發(fā)現(xiàn)以后，研究人員就開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的邊緣圓滑處理技術(shù)，就是把邊緣很尖銳的“V”形凹槽處理成圓滑的，把它磨成“U”形，從專(zhuān)業(yè)上說(shuō)叫“介觀結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性處理”，這樣處理以后就不容易斷裂。

《自然》雜志稱(chēng)，劉文柱與劉正新的研究“改變了規(guī)則”。

論文指出，這種邊緣鈍化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模（>240 cm）的商業(yè)化生產(chǎn)，高效的（>24%）硅太陽(yáng)能電池，并且可以像一張紙一樣卷起。

在1,000次左右彎曲循環(huán)后，該電池仍能保持100%的功率轉(zhuǎn)換效率。在組裝成大型（>10,000 cm2）柔性模塊后，這些電池在-70°C至85°C之間熱循環(huán)120小時(shí)后仍保留99.62%的功率。此外，當(dāng)連接到軟氣囊時(shí)，它們?cè)诒┞队跉饬髦?0分鐘后仍保留96.03%的功率——軟氣囊模擬暴風(fēng)雨中的風(fēng)。

在此之前，由非晶硅、Cu(In,Ga)Se2、CdTe、有機(jī)物和鈣鈦礦制成的薄膜太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了柔韌性，但由于功率轉(zhuǎn)換效率較低，它們的使用受到限制。而且，以鈣鈦礦電池為例，會(huì)有有毒物質(zhì)釋放到環(huán)境中，而且在大面積、以及不穩(wěn)定的操作條件下，性能表現(xiàn)較差。

在過(guò)去，很多從事柔性太陽(yáng)能電池的企業(yè)都倒閉了——最有名的例子當(dāng)屬漢能。

柔性太陽(yáng)電池在移動(dòng)通信、車(chē)載移動(dòng)能源、航空航天等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間，輕薄、便攜、可彎曲，同時(shí)還不會(huì)降低轉(zhuǎn)換效率，此次柔性單晶硅太陽(yáng)電池的開(kāi)發(fā)，不僅能夠降低太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本，還將為太陽(yáng)能光伏應(yīng)用場(chǎng)景打開(kāi)一片新天地。

劉正新介紹，減薄以后，電池可以柔性彎曲，產(chǎn)生幾個(gè)用途：

一個(gè)是可以攜帶，因?yàn)樗p了；第二就是在曲面的屋頂，甚至墻面上更容易安裝；第三，現(xiàn)在很多新能源車(chē)，都有很大的儲(chǔ)能電池，如果裝在車(chē)頂上也是可以用的。另外，很多人用無(wú)人機(jī)來(lái)攝影、進(jìn)行通訊和資源探測(cè)，如果裝上這種太陽(yáng)電池，它既輕效率又高，可以長(zhǎng)航時(shí)飛行，對(duì)通信應(yīng)用、資源勘測(cè)、軍事應(yīng)用等都有很大的幫助。

去年9月，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所微系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉正新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科大教授劉明偵團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)換效率接近29%的鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)SHJ疊層太陽(yáng)電池，成為當(dāng)時(shí)基于產(chǎn)業(yè)化全絨面SHJ太陽(yáng)電池的最高效率。

中科院上海微系統(tǒng)所新能源技術(shù)中心自2010年成立以來(lái)，聚焦非晶硅/單晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的研究開(kāi)發(fā)，取得了多個(gè)原創(chuàng)性科研成果，且多項(xiàng)重要研究成果在臨近空間開(kāi)發(fā)、極地科考站可再生能源供電等領(lǐng)域獲得了規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

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