华体会体育，实现了太阳光能转换成电能的突破，并成功用于人造卫星，但当时的光电转换效率仅有5%左右。近几年，研究人员通过材料结构工程和高端设备开发的协同创新，将单晶硅太阳能电池的光电转换效率提高到26.8%，接近理论极限29.4%，制造成本和综合发电成本大幅度下降。同时，单晶硅太阳能电池在光伏市场的占有率也上升到95%以上。

　　除了常规太阳能电池在地面光伏电站和分布式光伏的大规模应用以外，柔性太阳能电池在可穿戴电子、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，然而目前尚未开发出商用的高效、轻质、大面积、低成本柔性太阳能电池满足该领域的应用需求。

　　在一项发表于最新一期《自然》杂志的研究中，中国科学院上海微系统与信息技术研究所领衔的研究团队研制出可以像纸一样折叠的高柔韧性单晶硅太阳能电池，为研发轻质、柔性单晶硅太阳能电池奠定了基础。该研究被选为当期的封面文章。

　　一直以来，由于不可弯折，单晶硅太阳能电池被公认为一种脆性电池。中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究团队通过高速相机观察发现，单晶硅太阳能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。随后的分析结果显示，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，从而保持了太阳能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能电池不仅比一张A4纸还薄，而且可以像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。

　　▲a：柔性太阳能电池硅片弯曲半径小于5毫米；b：柔性太阳电视弯曲角度超过360度（图片来源：上海微系统与信息技术研究所）

　　论文共同通讯作者、上海微系统所研究员狄增峰介绍道：“对于具有表面尖锐‘V’字型沟槽的太阳能电池硅片断裂行为的认识，启发了研究团队针对硅片边缘区域进行形貌改变，将尖锐‘V’字型沟槽处理成圆滑‘U’字型沟槽，从而让弯曲应变能够有效分散，有效抑制了应变断裂行为，提升了硅片的柔韧性，最终实现了高效、轻质、柔性的单晶硅太阳能电池。”

　　论文共同通讯作者、上海微系统所研究员刘正新介绍道：“由于圆滑策略仅在硅片边缘实施，基本不影响太阳能电池的光电转化效率，同时能够显著提升太阳能电池的柔性，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。”

　　该工作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。

　　▲柔性单晶硅太阳能电池组件成功应用于临近空间飞行器、光伏建筑一体化、车载光伏等领域（图片来源：上海微系统与信息技术研究所）

　　当前基于该技术，其面积达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%。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，在南极科考站可再生能源供电系统中也得到了应用。展望未来，这一技术的突破或将带来大规模柔性太阳能电池的爆炸式增长。

　　该论文共同通讯作者为中国科学院上海微系统与信息技术研究所刘正新研究员、狄增峰研究员、孟凡英研究员、张丽平副研究员、刘文柱副研究员与长沙理工大学刘小春教授。共同第一作者为上海微系统所刘文柱副研究员、长沙理工大学刘玉敬副教授、沙特阿美石油公司杨自强博士和南京师范大学徐常清教授。理论计算与北京航空航天大学丁彬副教授和南京师范大学徐常清教授合作完成。残余应力分析与长沙理工大学刘小春教授和刘玉敬副教授合作完成。高速相机拍摄硅片瞬间断裂过程由阿美石油公司杨自强博士完成。