零碳科技之超薄太阳能电池

友绿智库友绿网2022-12-14 16:56发表于北京

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MIT团队开发出的新电池纤薄如纸，可将物体表面变成电源

美国麻省理工学院（MIT）工程师在最新一期《小方法》杂志上刊发论文称，他们开发出一款超轻太阳能电池，可快速方便地将任何表面变为电源。这款比人头发丝还纤薄的太阳能电池黏附于一块织物上，重量仅为传统太阳能电池板的百分之一，但每千克的发电量是其18倍，可集成在船帆、救灾帐篷和防水布、无人机的机翼及各种建筑物表面。

为生产太阳能电池，MIT有机和纳米结构电子实验室团队使用了电子墨水形式的纳米材料。在纳米洁净室内，他们使用挤出式涂布机将纳米电子材料层沉积到3微米厚的基底上，随后使用丝网印刷术，印制出电极并完成太阳能模块，接着将厚度约为15微米的印刷模块从塑料基板上剥离，形成一种超轻太阳能装置模块。

测试太阳能电池

但这种纤薄而独立式的太阳能模块很难处理，且很容易撕裂，因此难以部署。为此，研究团队需要找到一种轻质、柔韧的基材，将太阳能电池黏附在其上，最终他们找到了每平方米仅重13克的复合材料“大力马”（Dyneema）。通过添加一层只有几微米厚的固化胶，他们将太阳能组件黏附在“大力马”上，最终形成超轻且坚固的太阳能结构。

强大性能

测试结果显示，独立式太阳能电池每千克可产生730瓦的功率，如果将其黏附在高强度“大力马”织物上，每千克约产生370瓦的功率，是传统太阳能电池的18倍。而且，即使将该织物太阳能电池卷起、展开500多次后，仍保持90%以上的初始发电能力。这种电池生产方法可以扩展，生产出面积更大的柔性电池。

广阔应用前景

超薄太阳能电池为人们寻找替代电源的方式提供了动力。创造背后的麻省理工学院工程师保证安装他们的太阳能电池几乎不需要帮助。这些便携式太阳能发电可以在旅途中作为可穿戴电源结构提供能量，也可以在偏远地区运输和快速部署，以便在紧急情况下提供援助。

可以很容易地将这些太阳能电池附加到许多表面上。工程师们甚至建议人们可以将超薄太阳能电池带到船上，以便在前往大海时为其供电。对于露营，将这些太阳能电池粘在帐篷和防水布上是灾后久远的理想解决方案。工程师声称，将他们的发明应用于无人机的机翼可以扩大无人机的飞行范围。

另据研究人员表示，马萨诸塞州典型的屋顶太阳能装置约为8，000瓦。为了产生相同数量的电力，这种超博太阳能电池只会在房屋屋顶上增加约20公斤。

现在建筑加装屋顶光伏，需要考虑的因素很多。而且近年来随着国内光伏市场日益成熟，工商业光伏不断推进，越来越多的厂房屋顶都装上了光伏，用上了清洁能源。但大型的、平坦的、朝向好的、无遮挡的水泥或者彩钢屋顶资源越来越少，剩下的还未被开发的可能是多角度、多朝向、有遮挡等多种结构的复杂屋顶。可以预见，如果这种超博太阳能电池能够产业化，那么光伏建筑一体化将更容易推行，也必将对建筑业未来设计、建造带来重大影响。

面临问题

研究人员表示，虽然他们的太阳能电池比传统电池更轻、更柔韧，但制造电池的碳基有机材料会与空气中的水分和氧气相互作用，可能降低电池的性能，因此需要包裹另一种材料来保护电池不受环境影响，他们目前正在开发超薄封装解决方案。

麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家、该研究的研究人员之一Jeremiah Mwaura表示，将这些太阳能电池包裹在传统硅太阳能电池的标准重玻璃中，将使的设备难以释放电源，因此该团队目前正在开发超薄封装解决方案，只会略微增加当前超轻设备的重量。

“我们正在努力尽可能多地去除非太阳能活性材料，同时仍然保留这些超轻和柔性太阳能结构的外形和性能。例如，我们知道可以通过打印可释放的基材来进一步简化制造过程，相当于我们用于制造设备中其他层的过程。这将加速这项技术向市场的转化，“研究人员说。

六年前，麻省理工学院的ONE实验室团队使用一种新兴的薄膜材料来生产太阳能电池，这些薄膜材料非常轻，可以放在肥皂泡上。但是这些超薄太阳能电池是使用复杂的，基于真空的工艺制造的，这可能既昂贵又难以扩大规模。

而刚刚发布的这款超薄太阳能电池，如果能够解决封装问题，必将拥有无限的未来。