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MIT造出薄如纸的太阳能电池板，单位重量发电量提升17倍

2023-01-03 14:51

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

选自IEEE Spectrum

作者：PRACHI PATEL

机器之心编译

机器之心编辑部

如果把那些无法承受传统太阳能电池板重量的屋顶都铺上这种薄膜，其前景将是非常可观的。

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种可扩展的制造技术，可以生产超薄、轻质的太阳能电池，这种电池可以铺设在任何表面上。

MIT 的研究人员制造出了比人类头发还薄的太阳能电池板，该电池板每公斤提供的能量是目前玻璃和硅基太阳能电池板的 18 倍。这些太阳能电池板的重量只有传统光电电池的百分之一。

如果有一天这项技术广得到广泛应用，其影响可能是相当大的。MIT 电气工程和计算机科学教授 Vladimir Bulović说，有成千上万的仓库散布在美国各地，它们的大屋顶是太阳能装置安装的主要场所，但它们无法承受当今硅太阳能电池板的重量。「如果有重量更轻的太阳能电池板，这些屋顶很快就能通电。」

现在确实有了，Bulović说。他设想有一天能够买到一大片太阳能电池地毯，「并简单地将其展开在屋顶上。」

这种超薄太阳能板也可以安装到船帆、无人机机翼和帐篷上。它们在偏远地区和救灾行动中尤其有用。

Bulović说，硅太阳能电池板的重量限制了太阳能的普及速度。First Solar 等公司生产的薄膜太阳能电池确实要轻一些，而且制造简单，造价低，但它们仍然被安装在玻璃板上，所以最终的模块变得和传统模块一样重。

Bulović说，降低太阳能电池的重量将使制造商能够制造更大的太阳能电池板，并大大降低安装成本。到目前为止，尝试在柔性塑料薄膜上制造超薄太阳能电池的几个项目都只产出了一些实验品，这些实验品要么过于脆弱，要么在实际使用中达不到最佳效果。

MIT 的研究小组在一张塑料片上涂了一层几微米厚的聚对二甲苯。聚对二甲苯是电绝缘的，可以防止潮湿和化学腐蚀。在此基础上，研究人员用各种材料制成的可打印墨水沉积了不同的太阳能电池层。整个太阳能电池结构有 2 到 3 微米厚。研究人员选择了有机半导体作为有源光 - 电转换层，银纳米线和导电聚合物作为透明电极。你也可以使用钙钛矿进行光转换，Bulović说道。这些材料可以提供更高的效率，但它们在水分和氧气中会降解。

这种薄膜太阳能电池的重量是传统太阳能电池的百分之一，而每公斤产生的电量是传统太阳能电池的 18 倍。

接下来，该团队在完工的太阳能电池边缘涂上了几微米的胶水，并将它们粘在一种坚固、轻便、商用的高性能织物上。然后他们将织物扯下来，连同非常薄的聚对二甲苯衬底和上面的太阳能电池板一起剥掉，这样太阳能组件就转移到织物上了。

这种织物模块的功率密度为 370 瓦 / 千克，每平方米重 0.1 千克。相比之下，住宅商用硅太阳能电池板的功率密度为 20 瓦 / 千克，每平方米重 10.7 千克，而玻璃基板上的碲化镉薄膜太阳能模块的功率密度为 13 瓦 / 千克，每平方米重 14 千克。

虽然 Bulović团队制造的新薄膜电池仅有 10 x 10 厘米大，但他说：“我们所展示的一切都可以被放大；没有什么能阻止这个过程的延展性。”

在实验室之外，这种薄如纸的太阳能电池还需要保持稳定，才能真正投入使用。研究人员计划进行更广泛的测试，并制造轻质的封装层，用来承受这些元素，保持太阳能电池的安全和耐用性。Bulović说：“这些电池在没有包装的情况下可以使用一到两年。”“有了包装，这个时间还可以延长到 5 到 10 年。完全够用了。”

Bulović名下已有三家创业公司，包括量子点电子公司 QD Vision（该公司已被三星收购），以及生产透明太阳能电池的公司 Ubiquitous Energy。他现在计划让一家新成立的初创公司 Active Surfaces 来进一步开发和商业化这种新型超薄太阳能电池。

研究人员在本月发表在 Small Methods 杂志上的一篇论文中介绍了他们的新设备。