登上《自然》封面！薄如纸的太阳能电池！菊园辖区科研院所成功研发！
早在二十世纪五十年代，美国贝尔实验室的研究者就发明了单晶硅太阳电池，利用单晶硅晶圆实现了太阳光能转换成电能的突破，目前，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率上升到95%以上。
除了常规太阳电池在地面光伏电站和分布式光伏的大规模应用以外，柔性太阳电池在可穿戴电子、移动通讯、车载移动能源、光伏建筑一体化、航空航天等领域也具有巨大的发展空间，然而国内外尚未开发出商用的高效、轻质、大面积、低成本柔性太阳电池满足该领域的应用需求。
薄如纸，可弯曲、可折叠的太阳能电池来啦！北京时间2023年5月24日，来自嘉定菊园新区的中科院上海微系统与信息技术研究所以第一单位在国际知名科研期刊《Nature》上发表了关于太阳电池的最新研究进展，该成果被选为当期的封面。
据介绍，这项成果所研发的柔性单晶硅太阳能电池，薄如纸，厚度60微米，还可以像纸一样进行弯曲、折叠，未来在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面具有广阔的应用前景。
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）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；也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度。
本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等科研专家。论文共同通讯作者、中科院上海微系统所研究员刘正新表示，此次研究通过简单工艺处理实现了柔性单晶硅太阳能电池制造，并在量产线验证了批量生产的可行性，为轻质、柔性单晶硅太阳能电池的发展提供了一条可行的技术路线。同时，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。
中科院上海微系统所副所长狄增峰表示，柔性太阳电池将极大拓展太阳能光伏的应用场景，将更好地服务国家重大工程和国家“碳达峰碳中和”战略。
据了解，中科院上海微系统所新能源技术中心自2010年成立以来，聚焦非晶硅/单晶硅异质结（Silicon Heterojunction）太阳电池的研究开发，取得了多个原创性科研成果，近三年以第一通讯单位在Nature、Nature Energy、Joule等国际顶尖学术杂志上发表论文，同时多项重要研究成果在大规模产业化、临近空间开发、极地科考站可再生能源供电等领域获得了规模化应用。
嘉定菊园新区集聚了中科院上海微系统所等五家国家级科研院所。为了服务好辖区广大科技人才，菊园新区已建造人才公寓近800套，还提供体育健身、家政服务等方面的专享服务与优惠，促进营造良好科创生态、激发创新活力，为深入推进嘉定科创中心重要承载区建设不断努力。
