科技日报记者 俞慧友
传统晶硅太阳能电池，因晶硅材料的高脆性而不能弯折，限制了它在柔性电池领域的应用。5月25日，记者从长沙理工大学获悉，学校“湖湘学者”特聘教授刘小春团队，与中科院上海微系统与信息技术研究所、中科院航空航天信息研究所、通威太阳能（四川）有限公司和上海科技大学等国内外20家科研机构团队合作，基于球差校正透射电子显微镜表征技术，在原子尺度分辨率下揭示了晶硅电池基片从本征“脆性”向轻质“柔性”转变的微观机理。这一研究结果在线发表于北京时间5月24日国际顶级学术期刊《自然》上。该成果为研发更轻质、高效、低成本的柔性晶硅太阳能电池奠定了理论基础。
晶硅太阳能电池以晶硅为基体材料，是目前最广泛应用于光伏产业的太阳能电池。但因为其本征脆性，不易弯折，仍受限于太空、极地等应用场景。
长沙理工大学客座教授、中科院上海微系统与信息技术研究所副研究员刘文柱创新性地采用硝酸/氢氟酸化学钝化法，制备出了可大角度弯折的太阳能电池模组。
刘小春则从理论上阐述了柔性太阳能电池模组的内在机理。
刘小春介绍，团队对硅基片进行TEM原位弯曲测试，观测到传统晶硅太阳能电池表面呈金字塔尖和塔谷的应力集中现象，这与团队通过百万级原子动态分子动力学模拟实验相吻合，证实了曲率半径小的金字塔谷易造成应力集中效应，从而导致传统硅太阳能电池无法承受弯曲应力，呈现“脆性”的微观机理。
“‘金字塔谷’是造成应力集中和失效的根源，但对晶硅材料进行钝化处理可改变硅基片的断裂方式。我们发现，钝化后的硅基片在断裂过程中会消耗更多能量，从而使晶硅具备了‘柔性’特质。当然，这一结论也得到了几何相位分析方法的验证。”刘小春说。这一研究为钝化处理硅基片这一创新工艺的产业化推广提供了理论支撑。
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