MIT开发出「纸张」太阳能电池，效率翻18倍，重量不到原来百分之一

Posted 2023-01-04 QbitAl

Pine 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

和纸一样薄的太阳能电池，你见过吗？

现在，MIT研究团队搞出来了，整个电池结构只有2～3微米厚，模样长这样：

不仅厚度更薄了，并且效率也翻了n番：

每千克产生的电量是传统太阳能电池的18倍。

并且这项研究的通讯作者Vladimir Bulović还新创立了一家公司，准备进一步开发和商业化这款超薄太阳能电池。

网友们对这项技术成果也抱有很大的期待：

希望这能提高传统太阳能电池的效率。

再说回这个电池本身，它到底是怎么一回事？一起来看看～

能做成更大面积的超薄太阳能电池

此前，已经出现过类似的薄膜太阳能电池，但它们都会或多或少都会有一些限制：要么是制备出的太阳能电池尺寸太小无法商业化应用，要么就是实际应用效率太低。

而MIT的这个超薄太阳能电池，不仅效率上有保证，而且它的可扩展性能也是杠杠的，Bulović教授也表示：

虽然实验室制作出来的样品只有10cmX10cm，但它毫无疑问能做到更大尺寸。

那研究团队又是如何兼顾到这些的呢？

要想制作出超薄的可扩展的太阳能电池，首先面对的问题就是材料的选取。

换句话说，就是选取材料就不得不考虑到它的工艺可行性。

至于制备工艺，简单来说，超薄太阳能电池就是在薄膜载体上喷涂各种材料以及太阳能电池层。

研究团队给出了这样一个（下图）制备可扩展太阳能电池的工艺流程：辊对辊集成。

在之前的研究中，制备薄膜太阳能电池一般都是采用玻璃作为载体材料。

但玻璃很脆，不能轻易被切开修剪，并不适用于大面积涂层技术，比如说槽模涂层（Slot-Die Coating）和丝网印刷（screen printing）。

△图源：alicat

于是，研究团队放弃使用玻璃作为载体，转用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）片，它能够很好地避开玻璃基板的缺陷。

载体基板确定之后，接下来便是在上面进行一层又一层的喷涂了。

研究人员先是喷涂一层氟聚合物释放层，然后通过化学气相沉积加入一层薄薄的聚对二甲苯，它是电气绝缘材料，可防止潮气和化学腐蚀。

此外，研究人员还使用由各种材料制成的可打印墨水来沉积不同的太阳能电池层，比如选择了一种有机半导体作为主动光电转换层，银纳米线和导电聚合物作为透明电极。

这样一来，成品太阳能电池便制备好了，接下来就要剥离在PET片上喷涂的太阳能薄膜，将其转移到另外一种复合织物上去。

这里MIT选用了Dyneema复合织物，它是由超高分子量聚乙烯纤维夹在聚酯薄片之间制成，是商业上可用于高强度、低重量应用的最佳材料之一。

具体过程，是在成品太阳能电池的边缘涂上几微米的胶水，然后与Dyneema接触，将太阳能薄膜“扯”下来完成转移。

△图源：IEEE Spectrum

讲完制备工艺，再来看看它的效率如何？直接上数据。

MIT的太阳能电池功率密度为370瓦/千克，重量为0.1千克/平方米。

为了便于对照，研究人员还摆出了传统太阳能电池的相关数据：

商用硅功率密度为20瓦/千克，重量为10.7千克/平方米。玻璃基板上的碲化镉薄膜太阳能电池板的功率密度为13瓦/千克，重量为14千克/平方米。

数据很直观，重量轻了100多倍，单位千克功率翻了n番。

值得一提的是，为了能够实现商业化应用，研究团队还进行了更广泛的测试，制造出一种轻质的封装层，以延长电池的寿命，Bulović教授称：

（我们的）太阳能电池不用包装就能使用一到两年，而通过包装，可以将寿命延长至五至十年。

不过有网友还是理性分析了一通：重量轻了百余倍，而功率密度又是按照单位重量计算的，那折合下来单位面积的功率甚至还是不如传统的太阳能电池。

研究团队

研究团队来自MIT，其中通讯作者为Vladimir Bulović，是麻省理工学院纳米系主任，工程学教授。

Bulović教授领导了有机和纳米结构电子实验室，共同领导着MIT-Eni太阳能前沿中心。

截至目前，他已经发表了250余篇研究论文，被引用次数超过45000，在发光二极管、化学传感器、可编程存储器和微电子机器等领域发明了100多项美国专利，其中大部分已经获得许可并被初创企业和跨国公司使用。

此外，Bulović还拥有三家初创公司，包括被三星收购的量子点电子公司QD Vision，主要提供新一代显示和照明解决方案。

还有一家制造透明太阳能电池的公司Ubiquitous Energy。

而最新的一家初创公司Active Surfaces，则是准备进一步开发和商业化文中提到的这款超薄太阳能电池。

参考链接：
[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