摘要
关键词
- 柔性太阳能电池 (Flexible solar cells)
- 可折叠硅晶片 (Foldable silicon wafers)
- 钝化边缘技术 (Edge-blunting technique)
- 异质结太阳能电池 (Silicon heterojunction, SHJ)
- 高效光电转化效率 (High power conversion efficiency, PCE)
- 机械柔性 (Mechanical flexibility)
研究背景
硅基太阳能电池因其高光电转化效率(PCE)和稳定性,占据了光伏市场约95%的份额。然而,其脆性限制了在柔性应用中的推广,尤其是在建筑一体化光伏和便携式电子设备中。尽管薄膜太阳能电池(如非晶硅、钙钛矿等)具有一定柔性,但其低效率和稳定性问题限制了实际应用。本研究提出一种钝化晶片边缘的形貌工程方法,显著提升了硅晶片的机械柔性,并结合异质结技术实现了高效柔性太阳能电池,为解决传统硅太阳能电池的柔性问题提供了新思路。
创新点
- 提出并实现了边缘钝化技术,显著改善硅晶片的机械柔性。
- 制备了效率高达24.5%的柔性硅异质结太阳能电池。
- 展示了柔性模块在极端温度和模拟暴风中的长期稳定性。
- 提出柔性硅技术在光伏建筑一体化及便携式应用中的潜力。
研究内容
本研究通过化学钝化方法,处理硅晶片边缘的尖锐棱柱结构,显著降低了在机械弯曲下的裂纹扩展应力。实验显示,边缘钝化晶片在4毫米曲率半径下可实现完全折叠,同时保持光电转化性能。采用此晶片制作的柔性异质结太阳能电池,短路电流密度(JscJ_{\text{sc}})达37.65 mA cm−2,光电转化效率(PCE)为24.5%。此外,模块在极端温度(-70°C至85°C)和模拟暴风中展示出超过96%的初始性能保持率。进一步分析揭示,钝化处理改善了晶片的应力分布,转变了其裂纹模式,从而显著提升了机械柔性和模块稳定性。本技术实现了低成本、工业化生产高效柔性硅太阳能电池的可能性。
结论与展望
本研究开发的钝化边缘可折叠硅晶片技术,不仅实现了高效柔性太阳能电池的制造,还展示了其在极端条件下的长期稳定性。这一技术突破为柔性光伏领域提供了新的发展方向,尤其是在光伏建筑一体化和便携式应用领域。未来的研究可进一步优化晶片结构和封装工艺,以实现更高的效率和更广泛的工业化应用。
论文直达
原文标题:Flexible solar cells based on foldable silicon wafers with blunted edges
Nature 2023, 617, 717–723.
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