光伏电池或迎大突破:材料厚度仅为纸张1/15 可穿戴设备料受益

2021-12-31 16:43:58 财联社 

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,太阳能研发领域正在进行一场竞赛,以创造目前几乎不可能实现的超薄、灵活的太阳能(000591)电池板。工程师们设想将它们将用于移动应用,从自供电的可穿戴设备和传感器到轻型飞机和电动汽车。在此背景下,斯坦福大学的研究人员近期在一组光伏材料中取得了创纪录的转化效率,为这场竞赛带来曙光。

据研究人员介绍,这些过渡金属二卤化物(或称TMD)的主要优点是,与其他太阳能材料相比,它们能吸收照射到其表面的超高强度阳光。这项研究成果已于近期发表在了著名科学期刊《自然通讯》杂志上。

该研究共同负责人、斯坦福大学电气工程博士生 Koosha Nassiri Nazif表示,一架自动驾驶无人机通过其机翼上的太阳能阵列为自己供电,该阵列比一张纸要薄15倍,这就是TMD的前景。

硅占了今天太阳能市场的95%,但它远非完美。它过于沉重、笨重和僵硬,不适用于灵活性、轻量化和高功率的应用,如可穿戴设备和传感器或航空航天和电动汽车。因此,寻找新材料是必要的。

斯坦福大学电气工程教授、该论文的资深作者Krishna Saraswat表示,“我们需要轻质、可弯曲的新材料,坦率地说是更环保的材料。”

虽然TMD拥有巨大的前景,但迄今为止的研究实验一直在努力将其吸收的2%太阳光转化为电能。对于硅太阳能电池板来说,这个数字正在接近30%。为了广泛使用,TMD必须要缩小这一差距。

据称,斯坦福大学的新原型实现了5.1%的电力转换效率,但研究人员预测,经过光学和电气优化,他们的效率实际上可以达到27%。这一数字将与目前市场上最好的太阳能电池板(包括硅)相当。

此外,该原型实现了100倍的功率重量比。这一比率对于移动应用非常重要,如无人机、电动汽车,以及为移动中的远征设备充电。目前原型每克产生4.4瓦,这个数字与当今其他薄膜太阳能电池,包括其他实验性原型产品相比具有竞争力。

Saraswat说,“我们认为,我们可以通过优化将这一关键比例再提高10倍。我们估计我们的TMD电池的实际极限是每克46瓦。”

值得一提的是,TMD产品最大好处是其薄度,这不仅最大限度地减少了材料的使用和成本,而且还使TMD太阳能电池轻巧灵活,能够被塑造成不规则的形状,例如汽车车顶、飞机机翼或人类身体。

据悉,斯坦福大学的团队能够生产出一个厚度仅为几百纳米的有源阵列。该阵列包括光伏TMD二硒化钨和由一层仅一个原子厚的导电石墨烯横跨的黄金触点。所有这些都被夹在一种灵活的、类似皮肤的聚合物和一种改善光吸收的抗反射涂层之间。

当完全组装好后,TMD电池厚度不到6微米,大约相当于一个轻便的办公室垃圾袋厚度。需要15层才能达到一张纸的厚度。

虽然薄、轻、灵活本身都是非常理想的目标,但TMD也有其他工程优势。它们在较长时期内是稳定和可靠的。而且,与其他挑战者不同的是,TMD不含有毒化学品。它们还具有生物相容性,因此它们可以用于需要直接接触人体皮肤或组织的可穿戴应用。

(责任编辑:张泓杨 )
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