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据上海市科学技术委员会5月25日消息，近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所（以下简称中科院上海微系统所）成功开发柔性单晶硅太阳电池技术。

中科院上海微系统所的研究团队通过高速相机观察发现，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，该区域被定义为硅片的“力学短板”。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，改变介观尺度上的结构对称性，结合有限元分析、动态应力载荷下的分子动力学模拟和球差透射电子显微镜的残余应力分析，发现单晶硅的“脆性”断裂行为转变成“弹塑性”二次剪切带断裂行为。同时，由于圆滑处理只限于硅片边缘区域，不影响硅片表面和背面对光的吸收能力，从而保持了太阳电池的光电转换效率不变。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可以像A4纸一样进行折叠操作，最小弯曲半径达到5毫米以下（图1a）；也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度（图1b）。相关成果于2023年5月24日在《Nature》发表，并被选为当期的封面。

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。

该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。

该工作的第一完成单位为中科院上海微系统所，第一作者为中科院上海微系统所刘文柱副研究员、长沙理工大学刘玉敬副教授、沙特阿美石油公司杨自强博士和南京师范大学徐常清教授。理论计算与北京航空航天大学丁彬副教授和南京师范大学徐常清教授合作完成。残余应力分析与长沙理工大学刘小春教授和刘玉敬副教授合作完成。高速相机拍摄硅片瞬间断裂过程由阿美石油公司杨自强博士完成。

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