本文来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”，由国家能源局向本网供稿。请广大网民参考。

美国伊利诺斯州大学的科研人员通过将光刻法和采用毛细作用驱动“自组装”加工过程相结合的方法研制了一种三维、单晶硅结构的薄膜太阳电池。薄膜仅有几微米的厚度，却能提供相同材料厚度无法达到的机械弯曲度。这项成果发表于11月23日《美国国家科学院学报》网络版上。

伊利诺斯州大学的化学教授Ralph G. Nuzzo表示，这是一种完全不同的三维结构制作方法，它打开了一扇进入“自组装”加工过程的新窗口。Nuzzo和他的同事们通过构造球状、圆柱状的硅太阳电池证实这种毛细作用引导“自组装”加工的新方法，同时也对它的性能作了评价。

图1 花瓣状球形太阳电池“自组装”形成2 μm厚度的平坦硅叶片的示意图

（A图表示球状硅太阳电池的制作步骤；B图表示由折叠球形硅壳、玻璃珠和银电极组成的球状电池系统的光学投影；C图放大观察银线连接球形装置顶部的位置；D图表示在1.5 AM辐照条件下球状太阳电池的电流和电压的关系曲线。）

此外，研究人员通过充分考虑薄膜类型、薄膜机械性能和结构外形需求关系建立了预测模型。该校机械科学和工程学教授K. Jimmy Hsia认为：通过该模型可以确定不同几何形状“自折叠”的临界条件，同时，利用模型可以改进这种折叠加工过程，选择最好的材料达到某些目标，可以对给定材料、厚度和形状的结构如何表现进行预测。

为了制造无基底的太阳电池，研究人员开始采用光刻法详细说明了需要的单晶硅薄膜的几何形状，单晶硅薄膜被装在一定厚度、绝缘的硅片上；接着，用蚀刻剂去掉暴露出来的硅材料，用酸削去残留的硅箔片，同时还把箔片从硅晶体上移去；然后，研究人员在硅箔片中心放置一小滴水。

随着水滴的蒸发，毛细作用力推动着箔片的边界合拢，从而导致箔片合抱着水滴的现象产生。水滴完全蒸发后，为了保留所需要的形状，研究人员在硅箔片的中央又放置了一小块涂有一层粘合剂的玻璃；只要达到所需要的三维折叠结构，玻璃块就会在合适位置上把这种三维结构“冰冻”起来。因此，这样形成的光伏结构，不仅在电性能上得以优化，还提供一种采用薄膜高效捕获太阳能的潜在方法。

和传统、平直的太阳电池不同的是，这种弯曲、三维结构是通过吸收各个方向的太阳光来被动的跟踪光线。通过对薄膜光伏结构的基本展示，可以发现它们不仅具有一定的光密度，效率还比较高。研究人员在论文中提到，这种新的“自组装”过程不仅仅可在硅材料中应用，还可以应用于各种薄膜材料。

该项工作得到美国国防高级研究计划署、美国能源部和美国国家科学基金会的资助。(魏凤  编译)