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MIT造出薄如紙的太陽能電池板，單位重量發(fā)電量提升17倍

天承辦公室 >《022機(jī)器之心》

2023.03.27 江蘇

關(guān)注

選自IEEE Spectrum

作者：PRACHI PATEL

機(jī)器之心編譯

機(jī)器之心編輯部

如果把那些無法承受傳統(tǒng)太陽能電池板重量的屋頂都鋪上這種薄膜，其前景將是非?？捎^的。

麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種可擴(kuò)展的制造技術(shù)，可以生產(chǎn)超薄、輕質(zhì)的太陽能電池，這種電池可以鋪設(shè)在任何表面上。

MIT 的研究人員制造出了比人類頭發(fā)還薄的太陽能電池板，該電池板每公斤提供的能量是目前玻璃和硅基太陽能電池板的 18 倍。這些太陽能電池板的重量只有傳統(tǒng)光電電池的百分之一。

如果有一天這項(xiàng)技術(shù)廣得到廣泛應(yīng)用，其影響可能是相當(dāng)大的。MIT 電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Vladimir Bulovi?說，有成千上萬的倉庫散布在美國各地，它們的大屋頂是太陽能裝置安裝的主要場所，但它們無法承受當(dāng)今硅太陽能電池板的重量?！溉绻兄亓扛p的太陽能電池板，這些屋頂很快就能通電?！?/span>

現(xiàn)在確實(shí)有了，Bulovi?說。他設(shè)想有一天能夠買到一大片太陽能電池地毯，「并簡單地將其展開在屋頂上?！?/span>

這種超薄太陽能板也可以安裝到船帆、無人機(jī)機(jī)翼和帳篷上。它們在偏遠(yuǎn)地區(qū)和救災(zāi)行動中尤其有用。

Bulovi?說，硅太陽能電池板的重量限制了太陽能的普及速度。First Solar 等公司生產(chǎn)的薄膜太陽能電池確實(shí)要輕一些，而且制造簡單，造價(jià)低，但它們?nèi)匀槐话惭b在玻璃板上，所以最終的模塊變得和傳統(tǒng)模塊一樣重。

Bulovi?說，降低太陽能電池的重量將使制造商能夠制造更大的太陽能電池板，并大大降低安裝成本。到目前為止，嘗試在柔性塑料薄膜上制造超薄太陽能電池的幾個(gè)項(xiàng)目都只產(chǎn)出了一些實(shí)驗(yàn)品，這些實(shí)驗(yàn)品要么過于脆弱，要么在實(shí)際使用中達(dá)不到最佳效果。

MIT 的研究小組在一張塑料片上涂了一層幾微米厚的聚對二甲苯。聚對二甲苯是電絕緣的，可以防止潮濕和化學(xué)腐蝕。在此基礎(chǔ)上，研究人員用各種材料制成的可打印墨水沉積了不同的太陽能電池層。整個(gè)太陽能電池結(jié)構(gòu)有 2 到 3 微米厚。研究人員選擇了有機(jī)半導(dǎo)體作為有源光 - 電轉(zhuǎn)換層，銀納米線和導(dǎo)電聚合物作為透明電極。你也可以使用鈣鈦礦進(jìn)行光轉(zhuǎn)換，Bulovi?說道。這些材料可以提供更高的效率，但它們在水分和氧氣中會降解。

這種薄膜太陽能電池的重量是傳統(tǒng)太陽能電池的百分之一，而每公斤產(chǎn)生的電量是傳統(tǒng)太陽能電池的 18 倍。

接下來，該團(tuán)隊(duì)在完工的太陽能電池邊緣涂上了幾微米的膠水，并將它們粘在一種堅(jiān)固、輕便、商用的高性能織物上。然后他們將織物扯下來，連同非常薄的聚對二甲苯襯底和上面的太陽能電池板一起剝掉，這樣太陽能組件就轉(zhuǎn)移到織物上了。

這種織物模塊的功率密度為 370 瓦 / 千克，每平方米重 0.1 千克。相比之下，住宅商用硅太陽能電池板的功率密度為 20 瓦 / 千克，每平方米重 10.7 千克，而玻璃基板上的碲化鎘薄膜太陽能模塊的功率密度為 13 瓦 / 千克，每平方米重 14 千克。

雖然 Bulovi?團(tuán)隊(duì)制造的新薄膜電池僅有 10 x 10 厘米大，但他說：“我們所展示的一切都可以被放大；沒有什么能阻止這個(gè)過程的延展性?！?/span>

在實(shí)驗(yàn)室之外，這種薄如紙的太陽能電池還需要保持穩(wěn)定，才能真正投入使用。研究人員計(jì)劃進(jìn)行更廣泛的測試，并制造輕質(zhì)的封裝層，用來承受這些元素，保持太陽能電池的安全和耐用性。Bulovi?說：“這些電池在沒有包裝的情況下可以使用一到兩年?！薄坝辛税b，這個(gè)時(shí)間還可以延長到 5 到 10 年。完全夠用了。”

Bulovi?名下已有三家創(chuàng)業(yè)公司，包括量子點(diǎn)電子公司 QD Vision（該公司已被三星收購），以及生產(chǎn)透明太陽能電池的公司 Ubiquitous Energy。他現(xiàn)在計(jì)劃讓一家新成立的初創(chuàng)公司 Active Surfaces 來進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化這種新型超薄太陽能電池。

研究人員在本月發(fā)表在 Small Methods 雜志上的一篇論文中介紹了他們的新設(shè)備。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202200940

原文鏈接：https://spectrum.ieee.org/thin-film-solar-panels

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