MIT開發(fā)出紙張?zhí)柲茈姵?，效率?8倍，重量不到原來百分之一

Pine 2023-01-01 13:25:48 來源：量子位

Pine 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

和紙一樣薄的太陽能電池，你見過嗎？

現(xiàn)在，MIT研究團(tuán)隊搞出來了，整個電池結(jié)構(gòu)只有2～3微米厚，模樣長這樣：

不僅厚度更薄了，并且效率也翻了n番：

每千克產(chǎn)生的電量是傳統(tǒng)太陽能電池的18倍。

并且這項研究的通訊作者Vladimir Bulovi?還新創(chuàng)立了一家公司，準(zhǔn)備進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化這款超薄太陽能電池。

網(wǎng)友們對這項技術(shù)成果也抱有很大的期待：

希望這能提高傳統(tǒng)太陽能電池的效率。

再說回這個電池本身，它到底是怎么一回事？一起來看看～

能做成更大面積的超薄太陽能電池

此前，已經(jīng)出現(xiàn)過類似的薄膜太陽能電池，但它們都會或多或少都會有一些限制：要么是制備出的太陽能電池尺寸太小無法商業(yè)化應(yīng)用，要么就是實(shí)際應(yīng)用效率太低。

而MIT的這個超薄太陽能電池，不僅效率上有保證，而且它的可擴(kuò)展性能也是杠杠的，Bulovi?教授也表示：

雖然實(shí)驗(yàn)室制作出來的樣品只有10cmX10cm，但它毫無疑問能做到更大尺寸。

那研究團(tuán)隊又是如何兼顧到這些的呢？

要想制作出超薄的可擴(kuò)展的太陽能電池，首先面對的問題就是材料的選取。

換句話說，就是選取材料就不得不考慮到它的工藝可行性。

至于制備工藝，簡單來說，超薄太陽能電池就是在薄膜載體上噴涂各種材料以及太陽能電池層。

研究團(tuán)隊給出了這樣一個（下圖）制備可擴(kuò)展太陽能電池的工藝流程：輥對輥集成。

在之前的研究中，制備薄膜太陽能電池一般都是采用玻璃作為載體材料。

但玻璃很脆，不能輕易被切開修剪，并不適用于大面積涂層技術(shù)，比如說槽模涂層（Slot-Die Coating）和絲網(wǎng)印刷（screen printing）。

△圖源：alicat

于是，研究團(tuán)隊放棄使用玻璃作為載體，轉(zhuǎn)用聚對苯二甲酸乙二酯（PET）片，它能夠很好地避開玻璃基板的缺陷。

載體基板確定之后，接下來便是在上面進(jìn)行一層又一層的噴涂了。

研究人員先是噴涂一層氟聚合物釋放層，然后通過化學(xué)氣相沉積加入一層薄薄的聚對二甲苯，它是電氣絕緣材料，可防止潮氣和化學(xué)腐蝕。

此外，研究人員還使用由各種材料制成的可打印墨水來沉積不同的太陽能電池層，比如選擇了一種有機(jī)半導(dǎo)體作為主動光電轉(zhuǎn)換層，銀納米線和導(dǎo)電聚合物作為透明電極。

這樣一來，成品太陽能電池便制備好了，接下來就要剝離在PET片上噴涂的太陽能薄膜，將其轉(zhuǎn)移到另外一種復(fù)合織物上去。

這里MIT選用了Dyneema復(fù)合織物，它是由超高分子量聚乙烯纖維夾在聚酯薄片之間制成，是商業(yè)上可用于高強(qiáng)度、低重量應(yīng)用的最佳材料之一。

具體過程，是在成品太陽能電池的邊緣涂上幾微米的膠水，然后與Dyneema接觸，將太陽能薄膜“扯”下來完成轉(zhuǎn)移。

講完制備工藝，再來看看它的效率如何？直接上數(shù)據(jù)。

MIT的太陽能電池功率密度為370瓦/千克，重量為0.1千克/平方米。

為了便于對照，研究人員還擺出了傳統(tǒng)太陽能電池的相關(guān)數(shù)據(jù)：

商用硅功率密度為20瓦/千克，重量為10.7千克/平方米。玻璃基板上的碲化鎘薄膜太陽能電池板的功率密度為13瓦/千克，重量為14千克/平方米。

數(shù)據(jù)很直觀，重量輕了100多倍，單位千克功率翻了n番。

值得一提的是，為了能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，研究團(tuán)隊還進(jìn)行了更廣泛的測試，制造出一種輕質(zhì)的封裝層，以延長電池的壽命，Bulovi?教授稱：

（我們的）太陽能電池不用包裝就能使用一到兩年，而通過包裝，可以將壽命延長至五至十年。

不過有網(wǎng)友還是理性分析了一通：重量輕了百余倍，而功率密度又是按照單位重量計算的，那折合下來單位面積的功率甚至還是不如傳統(tǒng)的太陽能電池。

研究團(tuán)隊

研究團(tuán)隊來自MIT，其中通訊作者為Vladimir Bulovi?，是麻省理工學(xué)院納米系主任，工程學(xué)教授。

Bulovi?教授領(lǐng)導(dǎo)了有機(jī)和納米結(jié)構(gòu)電子實(shí)驗(yàn)室，共同領(lǐng)導(dǎo)著MIT-Eni太陽能前沿中心。

截至目前，他已經(jīng)發(fā)表了250余篇研究論文，被引用次數(shù)超過45000，在發(fā)光二極管、化學(xué)傳感器、可編程存儲器和微電子機(jī)器等領(lǐng)域發(fā)明了100多項美國專利，其中大部分已經(jīng)獲得許可并被初創(chuàng)企業(yè)和跨國公司使用。

此外，Bulovi?還擁有三家初創(chuàng)公司，包括被三星收購的量子點(diǎn)電子公司QD Vision，主要提供新一代顯示和照明解決方案。

還有一家制造透明太陽能電池的公司Ubiquitous Energy。

而最新的一家初創(chuàng)公司Active Surfaces，則是準(zhǔn)備進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化文中提到的這款超薄太陽能電池。

參考鏈接：
[1]https://spectrum.ieee.org/thin-film-solar-panels
[2]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202200940
[3]https://news.ycombinator.com/item?id=34093356