长沙理工大学研究生，长沙理工大学研究生院
柔性太阳能电池具有重量轻、防震和自供电的特点，在集成到建筑和可穿戴电子产品中的光伏应用方面具有很大的市场潜力。硅太阳能电池已成功地应用于大型发电厂。然而，尽管经过了50多年的努力，但由于柔性硅太阳能电池的刚性，柔性硅太阳能电池的发展仍未取得显著进展。
2023年5月24日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所刘文柱、张丽平、孟凡英、刘正新、狄增峰及长沙理工大学刘小春共同通讯在Nature在线发表题为“Flexible solar cells based on foldable silicon wafers with blunted edges”的研究论文，该研究开发了一种钝边可折叠硅片的柔性太阳能电池。
最后，iNature发现，这是长沙理工大学在Nature发表的首篇研究成果。
硅是地壳中最丰富的半导体元素；它被制成硅片，用于制造目前光伏市场上大约95%的太阳能电池。然而，这些电池在弯曲应力下很脆，容易开裂，这限制了它们在柔性应用中的大规模使用。目前，由非晶硅、Cu(In,Ga)Se2、CdTe、有机物和钙钛矿制成的薄膜太阳能电池表现出柔韧性，但由于其低功率转换效率(PCE)、向环境中释放有毒物质、大面积情况下性能较差以及工作条件不稳定，其使用受到限制。因此，许多可用的柔性太阳能电池没有吸引到客户，大多数制造它们的公司已经倒闭。
该研究提供了一种制造大规模可折叠硅片和柔性太阳能电池的策略。这种边缘钝化技术可实现大规模（>240 cm2）的商业化生产高效的（>24%）硅太阳能电池，可以像一张纸一样卷起。这种电池在1000次左右弯曲循环后仍能保持100%的能量转换效率。在组装成大型(>10,000 cm2)柔性组件后，这些电池在- 70°C至85°C之间热循环120小时后仍能保持99.62%的功率。此外，当连接到软气囊（模拟暴风雨期间的风吹）时，在空气流动中暴露20分钟后，它们仍能保持96.03%的功率。
太阳能电池(组件)性能（图源自Nature）
该研究实现了器件尺寸和PCE的显著增加，分别从4 cm2和23.27%增加到244.3 cm2和24.5%。工业尺寸、柔性c-Si太阳能电池的实现表明，该文展示的技术路线与标准化的商业生产兼容。在组件层面，柔性硅异质结（SHJ）组件没有厚重的玻璃和背板，这使得质量功率比非常小，远低于标准单面和双面c-Si太阳能组件。该研究中展示的柔性SHJ组件可以解决快速发展的建筑集成光伏研究领域遇到的承重问题，并使c-Si太阳能组件能够附着在具有平坦或弯曲表面的建筑墙壁上。
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05921-z
长沙理工大学研究生(长沙理工大学研究生院)