比A4纸还薄！中国科学家让太阳能电池“能屈能伸”

来源：光伏小知识发布时间：2025-05-30 14:27:31

2023年5月，《自然》期刊以封面文章报道了中国科学院上海微系统与信息技术研究所研发的创新型柔性单晶硅太阳能电池。该技术成功制备出厚度仅60微米(A4纸厚度的1/15)、弯曲半径<5 mm、弯曲角度>360°的柔性器件，在保持26.8%光电转换效率的同时，攻克了单晶硅材料力学脆性的长期技术瓶颈。

技术突破：

研究团队通过介观对称性调控策略，采用湿法化学蚀刻与干法等离子体刻蚀相结合的边缘圆滑处理技术，将传统硅片边缘的V型缺陷(应力集中系数Kt≈3.2)转化为U型结构(Kt≈1.1)。结合有限元分析(最大应变降低37%)和分子动力学模拟，实现了材料断裂模式从脆性断裂向弹塑性二次剪切带断裂的转变，断裂韧性提升至2.8 MPa·m1/2。该工艺仅对边缘20-50 μm区域进行处理，核心光电区域晶体完整性保持率>99.5%。

应用前景：

◎航天领域：已应用于临近空间飞行器，组件面密度降低至0.6 kg/m²(传统组件的40%)，曲面贴合度提升至98%，输出功率密度达320 W/m²

◎建筑光伏一体化：实现曲率半径>0.5 m的曲面安装，某示范项目幕墙系统转换效率达24.3%，年发电量300 MWh

◎移动能源：车载系统日发电量2.3 kWh，能量密度180 Wh/kg;可穿戴设备功率密度达15 mW/cm²

◎极端环境：南极科考站应用后系统效率衰减率<5%/年(传统组件>15%)

产业化进展：

◎量产线验证：硅片减薄工艺良率>95%，碎片率<0.3%，制造成本降低18%

◎叠层技术：与钙钛矿材料结合实现28.7%认证效率(Jsc=42.1 mA/cm²，Voc=1.89 V)

◎政策驱动：中国分布式光伏装机目标2025年达150 GW，柔性组件渗透率预计达15%

技术挑战与发展：

当前面临硅材料循环利用率低(<10%)和超薄硅片(<30 μm)加工成本高的瓶颈。研究团队开发的选择性化学剥离技术可将硅回收率提升至95%，同时非接触式激光切割工艺使硅片厚度有望降至20 μm，预计2026年年底实现GW级量产(目前存在着超薄后厚度波动、碎片率增高等问题)。

该突破标志着单晶硅材料从传统"刚性光伏"向"柔性光电"范式的转变，为新一代光伏技术在空间能源、移动供电、智能建筑等领域的应用奠定了材料基础。