提到光伏發電，大家首先想到的可能是茫茫戈壁灘上成千上萬塊太陽能電池板組成的矩陣。多年來，常人對它的印象非常“刻板”：因為晶硅電池組件真的像塊“玻璃板”，又重又厚，還非常脆，極易破碎。

有沒有一種既能保持高效發電，還能隨意彎曲的薄膜型晶硅太陽能電池？江蘇科技大學、隆基綠能科技股份有限公司、澳大利亞科廷大學三方合作，日前在國際上首次制造出高柔韌性、高功率重量比的晶硅異質結太陽能電池。相關研究成果在國際期刊《自然》上發表。



能隨意彎曲的薄膜型晶硅太陽能電池。江蘇科技大學供圖

薄膜晶硅電池實現兩大技術突破

近年來，我國光伏發電行業發展迅猛，太陽能電池技術的發展也受到越來越多的關注。

目前，太陽能電池可分為兩類：晶硅電池、薄膜電池。晶硅太陽能電池以硅為主要材料，是目前最為成熟、應用最廣的光伏發電技術，全球晶硅電池市占率達90%以上。薄膜電池又分為銅銦鎵硒、碲化鎘、鈣鈦礦、砷化鎵等不同材料類型。目前薄膜電池存在發電效率低、壽命短等缺點，距離規模化、產業化和商業化發展仍有一段距離。

江蘇科技大學科學技術研究院副院長李陽教授介紹，晶硅電池經過數十年發展，正面臨兩大技術瓶頸：一是大面積的晶硅電池光電轉換效率難以突破26%；二是目前較為先進的晶硅電池，其厚度一般在150微米至180微米，難以應用于海面漂浮式光伏、曲面屋頂、衛星、空間站等對材料重量或柔韌性要求較高的場景。

“從2019年起，我們開始研發兼具高轉換效率、大面積、重量輕、柔韌性好、低成本等特性的晶硅太陽能電池。”李陽說，想讓晶硅電池變薄變軟，必須把晶圓襯底厚度降下來。

晶硅太陽能電池為“三明治”結構，中間是晶圓襯底，上下分別覆蓋著鈍化層、摻雜接觸層、導電層等，其中晶圓襯底厚度占到電池厚度的99%以上。針對上述問題，李陽教授團隊與隆基中央研究院徐希翔博士團隊開展了聯合技術攻關。

經過努力，他們研發的晶圓最薄達50微米，并開發出表界面鈍化、摻雜接觸生長等新技術新工藝，使57～125微米厚的電池的轉換效率達到了破紀錄的26.06%~26.81%。其中57微米厚的晶硅異質結電池功率重量比達到了1.9瓦/克，曲率半徑19毫米，功率重量比是市面現有產品的2—3倍。

應用場景極大拓展

傳統晶硅太陽能電池因其厚重、不能彎曲，只能制成平板式組件，以矩陣形式組成集中或分布式發電場。而對于航空航天、曲面屋頂、穿戴式電子產品等應用場景，因其對重量、柔性有較高要求，大多使用薄膜太陽能電池。

“過去，提到薄膜太陽能電池，人們通常想到的是非晶硅或者有機太陽能電池。但是，我們研發的晶硅電池比A4紙還薄，可以彎曲成一個卷，而且比薄膜電池更薄，比傳統晶硅電池更高效。”李陽告訴記者。

以航空航天飛行器為例，其對重量要求極為嚴苛，過去一直使用薄膜太陽能電池，但薄膜電池成本高昂、使用壽命短，并不能很好地滿足商用要求。

新型薄膜型晶硅電池，厚度比傳統電池減少一半，重量與硅料成本也隨之降低。最重要的是它實現了大曲率的柔韌性，“目前，除了不能對折，它可以彎曲成任意的弧度，大大拓展了晶硅電池的應用范圍。”李陽說。

據悉，新型薄膜型晶硅電池已在隆基綠能實現規模化制造和商業化應用。李陽表示，他們還在繼續嘗試制造更輕柔、更高效的晶硅電池，或許有一天，晶硅電池可以像膠卷一樣便攜。

作者：張曄 來源：科技日報 責任編輯：jianping