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迄今最轻薄太阳能电池问世 能附在肥皂泡上

  2019-07-10 20:04:55
迄今最轻薄太阳能电池问世 能附在肥皂泡上 美国麻省理工学院(MIT)的科研团队在《有机电子杂志》上联合发表了一篇论文,宣布开发出迄今最轻薄的太阳能电池,并详细论证了这项新研究。尽管该研究尚处于早期实验阶段,但这一新式太阳能电池概念的验证,将对新一代便携式电子设备产生巨大影响。
该项研究由美国国家科学基金会和埃尼-麻省理工尖端太阳能中心提供资金支持。在这项初始实验中,新型太阳能电池主要由基底和涂层两部分组成。团队中的VladimirBulovi?教授表示,这一新技术的关键在于将太阳能电池、起支持作用的基质,以及起隔绝作用的保护涂层的制造过程都集合在一个步骤内。基底的位置选好后,在制造期间就在不需要其他任何的处理、清洁和移动。这就减少了灰尘或其他污染物降低电池性能的几率。
该科研团队使用一种常见的柔性聚合物——聚对二甲苯来制作基质和涂层,并使用一种名叫邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的有机材料来制作主要吸光层。聚对二甲苯是一种应用广泛的商用塑料涂层,用来防止植入式生物医学设备和印刷电路板受到外界环境的侵害。与传统的需要高温和刺激性化学物质的太阳能电池制作方法不同,整个实验过程在室温下的真空室中进行,且不使用任何溶剂。在这种情况下,基质和和太阳能电池通过气相沉积技术就能“成长”出来。
与厨房保鲜膜十分相似,却只有其1/10厚度的聚对二甲苯类薄膜,首先沉积在坚固的载体材料——玻璃上。多年从事聚对二甲苯类薄膜研究的研究员AnnieWang表示,如何将这层薄膜与玻璃干净地分离是该实验面临的主要挑战。
在制造过程完成之后,科研人员要将整个“聚对二甲苯—太阳能电池—聚对二甲苯”堆层与玻璃载体剥离。最终完成的的超薄、高灵活的太阳能电池,包括基质和涂层在内,其厚度只有2微米,是人类发丝的1/50,是传统玻璃涂层太阳能电池的1/1000。但是这种材质的太阳能电池的转化效率与玻璃涂层太阳能电池的一样高效。“它轻到你都感觉不到它的存在,不管是在衬衫还是笔记本上,”Bulovi?教授说,“这些电池可以直接安装在任何现有的材料上。”
为了证明它的轻薄程度,科研人员把一个工作中的新型太阳能电池放置在了一个肥皂泡的顶部,却没有弄破泡泡。但科研人员认为,这种太阳能电池对实际应用来说太过薄了,“如果你呼吸重一些的话,可能就把它吹走了。”博士生JoelJean说。
虽然该演示装置的太阳能电池并不是特别高效,但因为轻薄,它的功率质量比是有史以来最高的。这在对重量要求高的领域就非常吃香了,比如研究航天器或高空氦气球的项目。而一个典型的硅基太阳能模块的大部分重量被玻璃占去,每公斤重量能输出15瓦的电力,这种新型电池每克重量就能输出6瓦的电力,约是前者的400倍。
研究人员表示,强调那些特意选择的材料仅是一些例子,内嵌基质的制造过程才是关键所在。基质、封装层可以用不同的材料制作而成,不同类型的薄膜太阳能电池材料,包括量子点或钙钛矿,可以替代初始测试中使用的有机层。Jean说:“还可以是很多其他的东西,基本上任何你想到的物体都可以。”因为在良性条件下,基质和太阳能电池可以直接沉积在载体上,如织物或纸。
不过,该项目仍处于早期研究阶段,尚局限在实验室中,科研团队表示,将其发展成可投入市场的产品还需要时间。尽管在短期内还并不确定该项研究能否获得商业成功,但长期看来,它为太阳能开辟了一条崭新的发展道路。“我们的工作还处于概念验证阶段,”Bulovi?教授说,接下来的问题是,“扩大它的发展规模还需要制造多少奇迹?长路漫漫,我们认为前方还有很多艰难的工作,也许我们并不需要奇迹。”
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