薄膜晶矽電池實作兩大技術突破！

近日，江蘇科技大學、隆基綠能科技股份有限公司、澳洲科廷大學三方合作， 在國際上首次制造出高柔韌性、高功率重量比的晶矽異質結太陽能電池， 相關研究成果發表在國際期刊【自然】。

能隨意彎曲的薄膜型晶矽太陽能電池。來源：江蘇科技大學

薄膜晶矽電池實作兩大技術突破

近年來，中國光伏發電行業發展迅猛，太陽能電池技術的發展受到越來越多關註。

目前，太陽能電池可分為兩類：晶矽電池、薄膜電池。 晶矽太陽能電池以矽為主要材料，是目前最為成熟、套用最廣的光伏發電技術，全球晶矽電池市占率達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別。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 介紹，晶矽電池經過數十年發展，正面臨兩大技術瓶頸：一是大面積的晶矽電池光電轉換效率難以突破26%；二是目前較為先進的晶矽電池，其厚度一般在150微米至180微米，難以套用於海面漂浮式光伏、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、低成本等特性的晶矽太陽能電池。」李陽說，想讓晶矽電池變薄變軟，必須把晶圓襯底厚度降下來。

晶矽太陽能電池為「三明治」結構，中間是晶圓襯底，上下分別覆蓋鈍化層、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，並開發出表界面鈍化、摻雜接觸生長等新技術新工藝，使57微米至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微米厚的晶矽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。

套用場景極大拓展

傳統晶矽太陽能電池因其厚重、不能彎曲，只能制成平板式元件，以矩陣形式組成集中或分布式發電場。而對於航空航天、曲面屋頂、穿戴式電子產品等套用場景，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矽或者有機太陽能電池。但是， 我們研發的晶矽電池比A4紙還薄，可以彎曲成一個卷，而且比薄膜電池更薄，比傳統晶矽電池更高效。」 李陽說。

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，並不能滿足商用要求。

新型薄膜型晶矽電池，厚度比傳統電池減少一半，重量與矽料成本也隨之降低。最重要的是，它實作了大曲率的柔韌性。「目前，除了不能對折，它可以彎曲成任意的弧度，大大拓展了晶矽電池套用範圍。」李陽說。

據悉，新型薄膜型晶矽電池已在隆基綠能實作規模化制造和商業化套用。 李陽表示，他們還在繼續嘗試制造更輕柔、更高效的晶矽電池，或許有一天，晶矽電池可以像菲林一樣便攜。

來源：科技日報

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責編：霍悅

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