我国研制出比A4纸还薄的晶硅太阳能电池

2024-02-06 15:04:29 来源：科技日报

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提到光伏发电，大家首先想到的可能是茫茫戈壁滩上成千上万块太阳能电池板组成的矩阵。多年来，常人对它的印象非常“刻板”：因为晶硅电池组件真的像块“玻璃板”，又重又厚，还非常脆，极易破碎。

有没有一种既能保持高效发电，还能随意弯曲的薄膜型晶硅太阳能电池？江苏科技大学、隆基绿能科技股份有限公司、澳大利亚科廷大学三方合作，日前在国际上首次制造出高柔韧性、高功率重量比的晶硅异质结太阳能电池。相关研究成果在国际期刊《自然》上发表。

能随意弯曲的薄膜型晶硅太阳能电池。江苏科技大学供图

薄膜晶硅电池实现两大技术突破

近年来，我国光伏发电行业发展迅猛，太阳能电池技术的发展也受到越来越多的关注。

目前，太阳能电池可分为两类：晶硅电池、薄膜电池。晶硅太阳能电池以硅为主要材料，是目前最为成熟、应用最广的光伏发电技术，全球晶硅电池市占率达90%以上。薄膜电池又分为铜铟镓硒、碲化镉、钙钛矿、砷化镓等不同材料类型。目前薄膜电池存在发电效率低、寿命短等缺点，距离规模化、产业化和商业化发展仍有一段距离。

江苏科技大学科学技术研究院副院长李阳教授介绍，晶硅电池经过数十年发展，正面临两大技术瓶颈：一是大面积的晶硅电池光电转换效率难以突破26%；二是目前较为先进的晶硅电池，其厚度一般在150微米至180微米，难以应用于海面漂浮式光伏、曲面屋顶、卫星、空间站等对材料重量或柔韧性要求较高的场景。

“从2019年起，我们开始研发兼具高转换效率、大面积、重量轻、柔韧性好、低成本等特性的晶硅太阳能电池。”李阳说，想让晶硅电池变薄变软，必须把晶圆衬底厚度降下来。

晶硅太阳能电池为“三明治”结构，中间是晶圆衬底，上下分别覆盖着钝化层、掺杂接触层、导电层等，其中晶圆衬底厚度占到电池厚度的99%以上。针对上述问题，李阳教授团队与隆基中央研究院徐希翔博士团队开展了联合技术攻关。

经过努力，他们研发的晶圆最薄达50微米，并开发出表界面钝化、掺杂接触生长等新技术新工艺，使57～125微米厚的电池的转换效率达到了破纪录的26.06%~26.81%。其中57微米厚的晶硅异质结电池功率重量比达到了1.9瓦/克，曲率半径19毫米，功率重量比是市面现有产品的2—3倍。

应用场景极大拓展

传统晶硅太阳能电池因其厚重、不能弯曲，只能制成平板式组件，以矩阵形式组成集中或分布式发电场。而对于航空航天、曲面屋顶、穿戴式电子产品等应用场景，因其对重量、柔性有较高要求，大多使用薄膜太阳能电池。

“过去，提到薄膜太阳能电池，人们通常想到的是非晶硅或者有机太阳能电池。但是，我们研发的晶硅电池比A4纸还薄，可以弯曲成一个卷，而且比薄膜电池更薄，比传统晶硅电池更高效。”李阳告诉记者。

以航空航天飞行器为例，其对重量要求极为严苛，过去一直使用薄膜太阳能电池，但薄膜电池成本高昂、使用寿命短，并不能很好地满足商用要求。

新型薄膜型晶硅电池，厚度比传统电池减少一半，重量与硅料成本也随之降低。最重要的是它实现了大曲率的柔韧性，“目前，除了不能对折，它可以弯曲成任意的弧度，大大拓展了晶硅电池的应用范围。”李阳说。

据悉，新型薄膜型晶硅电池已在隆基绿能实现规模化制造和商业化应用。李阳表示，他们还在继续尝试制造更轻柔、更高效的晶硅电池，或许有一天，晶硅电池可以像胶卷一样便携。