湖南日报5月25日讯（全媒体记者 余蓉 通讯员 叶正芳）晶硅太阳能电池是目前最广泛应用于光伏产业的太阳能电池。因其本征“脆性”，长期受限于航空航天等应用场景。日前，我国科学家研制出可以像纸片一样弯折且不易断裂的柔性晶硅太阳能电池，其成果于北京时间5月24日晚在国际顶级学术杂志《自然》以封面文章形式刊发。这一研究成果将突破性拓展晶硅太阳能电池在空间应用、绿色建筑、车载移动能源等领域的应用前景，或可带来大规模柔性太阳能电池的爆炸式增长。

据论文共同通讯作者、长沙理工大学“湖湘学者”特聘教授刘小春介绍，晶硅太阳能电池以晶硅为基体材料，当外界向其施加应力时容易碎裂。轻质、高效、可大角度弯折的硅片在以前几乎是不可实现的。

第一通讯作者和第一作者、中国科学院上海微系统与信息技术研究所副研究员、长沙理工大学客座教授刘文柱创新性地采用硝酸/氢氟酸化学钝化法和等离子体各向同性刻蚀方法，制备出可大角度弯折的太阳能电池模组。刘小春团队则采用先进的双球差校正透射电子显微镜（以下简称TEM）表征技术，揭示了单晶硅片变“柔”的微观机理。

“我们观察到传统晶硅太阳能电池表面呈金字塔谷的应力集中现象。金字塔谷是造成应力集中和失效的根源，但对晶硅材料进行结构钝化处理可改变硅基片的断裂方式。从而让其断裂需要消耗更多能量。”刘小春说。

▲太阳能电池硅基片金字塔尖和塔谷进行钝化处理前后形貌对比：（A）处理前，（B）处理后，以及（C）可弯曲柔性硅基片及太阳能电池实物图

▲钝化处理前后太阳能电池片弯曲变形断裂形貌，及断裂面下方原子尺度结构和几何相位分析应变分布：钝化处理前（a,c,e,f）与钝化处理后（b,d,g,h）

基于上述技术，其面积240平方厘米、光电转化效率超24%、柔性可折叠的硅太阳能电池性能稳定，即使经过双面对折弯曲测试1000次后，功率仍然保持100%。当前，这一柔性太阳能电池板已规模化应用于南极科考站可再生能源供电系统等领域。展望未来，这一技术的突破将极大拓展太阳能光伏的应用场景，更好服务于国家重大工程。

▲本工作研发的柔性硅太阳能电池成功应用于我国南极科考站供电系统：罗斯海新站和泰山站

原创性、高水平科技成果产出，离不开跨领域科学家群体的密切合作与智力融合。刘小春基于自身在材料微观表征与定量化分析领域的科研优势，身体力行实践这一合作发展理念，倡议并联合近百位科学家，着力探索由科学家主导的新型科研创新发展模式。本次在《自然》杂志上发表的柔性硅太阳能电池原创性科研成果，正是这一科研创新合作理念的有力产出，由来自长沙理工大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学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家科研机构与企业的47名科学家、企业家共同完成。

该研究得到了国家自然科学基金委、上海市科学技术委员会、张江国家实验室和长沙理工大学科研启动资金的支持。

来源：湖南日报·新湖南客户端

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