發(fā)電量提高18倍！麻省理工學院開發(fā)超薄輕質光伏電池

極客網·新能源2月1日 近日，麻省理工學院(MIT)的研究人員開發(fā)了一種超薄輕質光伏電池，這種光伏電池每千克的發(fā)電量是傳統(tǒng)光伏電池板的18倍，并且可以很容易地部署到各種物體的表面。 

據報道，這種柔韌且耐用的光伏電池的厚度比頭發(fā)薄得多，它們可以粘附在堅固而輕質的織物上，并且很容易貼在固定物體的表面，可以作為一種可穿戴的織物提供電力，也可以在偏遠地區(qū)運輸和快速部署，能夠在緊急情況下提供電力。其重量是傳統(tǒng)光伏電池板的百分之一，其每千克的發(fā)電量是傳統(tǒng)光伏電池板的18倍，并且可以采用半導體油墨通過印刷工藝實現大規(guī)模生產。 

由于這些光伏電池非常薄且重量輕，因此可以貼在許多不同物體的表面上。例如，它們可以貼在船帆上為其海上航行提供動力；可以粘附在帳篷和防水布上，用于災難恢復和救援；或者應用到無人機的機翼上以擴大飛行距離。當然，這種輕質光伏電池還可以輕松安裝在建筑表面。 

Fariborz Maseeh新興技術主席、麻省理工學院有機與納米結構電子實驗室(ONE實驗室)主任Vladimir Bulovi?在其發(fā)表的闡述這項技術的論文中說，“用于評估新的光伏電池的技術指標通常僅限于能量轉換效率和單位成本。同樣重要的是可集成性，也就是新技術的適應性。輕質光伏織物具有可集成性，可以在幾乎任何物體上安裝。鑒于目前迫切需要部署可再生能源，我們致力于加速光伏系統(tǒng)的采用?！?/p>

與Bulovi?一起發(fā)表論文的還有麻省理工學院電氣工程和計算機科學專業(yè)的研究生Mayuran Saravanapavanantham以及麻省理工學院電子研究實驗室的研究科學家Jeremiah Mwaura。

越來越薄的光伏電池 

傳統(tǒng)的晶體硅光伏電池很脆弱，因此必須采用厚重的玻璃和鋁框架進行封裝，但這種形式限制了它們的部署地點和方式。 

ONE實驗室的研究團隊在六年前使用一種新興的薄膜材料生產出光伏電池，這種材料非常輕，甚至可以放在肥皂泡上。但這些超薄光伏電池是采用復雜的真空工藝制造的，這種工藝成本高昂，因此難以實現大規(guī)模生產。 

在研究中，他們開始使用基于半導體油墨和可擴展的制造技術來開發(fā)可打印的薄膜光伏電池。

為了生產這種光伏電池，研究人員使用了一種可打印的納米材料。他們在麻省理工學院納米潔凈室中使用槽模涂布機涂覆光伏電池結構，這種涂布機將電子材料層沉積到制備好的可釋放的基底上，該基底只有3微米厚。然后通過絲網印刷工藝(一種類似于將圖案添加到T恤上的技術)在結構上沉積電極以構建光伏組件。

研究人員然后可以將大約15微米厚的打印模塊從塑料基板上剝離，以形成超輕光伏組件。但這種超薄的光伏組件很難處理，而且很容易撕裂，這將使其難以部署。為了解決這一問題，麻省理工學院的研究團隊發(fā)現了一種輕質、柔性和高強度的基材，可以將光伏電池附著在基材上面，而織物是最佳的一個解決方案，因為它們提供了機械彈性和靈活性，而且?guī)缀鯖]有增加重量。 

他們找到了一種理想的復合材料，每平方米只有13克重，其商業(yè)名稱為Dyneema。這種織物是由非常堅固的纖維制成的，這種纖維甚至用作打撈沉船的繩索。研究人員通過添加一層只有幾微米厚的紫外線固化膠，可以將光伏組件粘附在這種織物上，因此可以形成超輕且堅固的光伏結構。

Saravanapavanantham解釋說：“雖然直接在織物上打印光伏電池似乎更簡單，但這將限制可能的織物或其他接收表面的選擇，為了使其與制造設備所需的所有加工步驟在化學和熱方面兼容，我們的方法將光伏電池的制造與最終的集成分離開來?！?/p>

超越傳統(tǒng)光伏電池

當測試這種新型光伏電池時，研究人員發(fā)現，當它獨立部署時，每千克可以產生730W的電力；如果部署在高強度的Dyneema織物上，每千克可以產生370W的電力，其發(fā)電量是傳統(tǒng)光伏電池板的18倍。

Saravanapavanantham說，“馬薩諸塞州的一個典型屋頂光伏系統(tǒng)功率大約為8kW。為了產生同樣多電力，我們在屋頂安裝的超薄光伏電池只增加20千克的重量。”他表示，研究人員還測試了這種光伏電池的耐久性，發(fā)現即使?jié)L動和展開500多次，仍然保留了90%以上的發(fā)電能力。 

雖然他們開發(fā)的超薄光伏電池比傳統(tǒng)光伏電池要輕得多，也更靈活，但需要采用另一種材料來保護光伏電池免受環(huán)境的影響。用于制造超薄光伏電池的碳基有機材料可能通過與空氣中的水分和氧氣相互作用而退化，這可能會降低其性能。 

Mwaura表示，“當然也可以像傳統(tǒng)光伏電池一樣，將超薄光伏電池封裝在玻璃中，但這么做將會顯著降低這種光伏電池帶來的價值，因此我們的研究團隊目前正在開發(fā)超薄封裝解決方案，只會略微增加超輕光伏電池的重量。我們正在努力去除非光伏活性材料，同時仍然保持這些超輕和柔性光伏結構的形狀系數和性能。例如，我們知道通過印刷可轉移基板能夠進一步簡化制造過程，這與我們制造設備中其他層的過程相當，這種方法將加速這項技術向市場的轉化。”

此外據悉，這項研究獲得麻省理工學院能源計劃、美國國家科學基金會和加拿大自然科學與工程研究委員會的資助。

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