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材料资讯:最薄的太阳能电池,厚度仅为头发丝的十分之一!
奇材馆 / 2022-04-03     阅读次数:130

 

太阳能工程领域正致力于研发一种几乎不可能的薄而柔软的太阳能电池面板,希望将其应用于移动应用,包括自供电的可穿戴设备、传感器、轻型飞机和电动汽车。斯坦福大学的研究团队开发出一种前景广阔的光伏材料。

相比于其他光伏材料,过渡金属二硫属化物(TMD)的主要优点是,其对照射在表面的阳光具有超高吸收率。但尽管TMD前景广阔,迄今为止的研究试验很难将其吸收的太阳光转换成电能,而硅太阳能电池的光电转换效率接近30%TMD必须缩小这种差距才能被广泛应用。

说明: 6微米,纸张的1/15!“不可能 的”太阳能电池板:适用于可穿戴备、无人机等产品

该新型太阳能电池板的光电转换效率达到5.1%,但是研究人员预计通过光学和电气优化,可以实现27%的效率。另外,该电池实现了TMD100倍功率重量比,实现了每克4.4瓦的功率。萨拉斯瓦特表示:“我们认为通过优化,可以使这一关键比率再提高十倍。”该团队预计TMD电池的实际极限在46/克。

不过,TMD电池最大的优点在于它的薄,它不仅能最小化材料使用和成本,而且还使电池轻巧灵活,能制成车顶、飞机机翼或人体等不规则形状。该团队制造了一个厚度仅数百纳米的有源阵列。它包括一个光伏、TMD、二硒化钨和一层单原子厚度的导电石墨烯跨越的金触点。它们被夹在皮肤状柔软的聚合物和增强光吸收的抗反射涂层之间。

全部装配之后,TMD电池厚度小于6微米,约等于一个垃圾袋的厚度,约为纸张厚度的1/15TMD还有其它工程优点,其长期稳定可靠、不含有毒化学物质、生物相容性好,可被用于直接接触人体皮肤和组织的穿戴设备。当然也存在一些缺点,主要是大规模生产的工程复杂性,将超薄TMD层转移到柔性支撑材料上往往会破坏TMD层。

说明: 6微米,纸张的1/15!“不可能 的”太阳能电池板:适用于可穿戴备、无人机等产品

阿尔文·道斯和纳斯里·纳齐夫为该研究的共同作者,他们一起设计了将TMD太阳能电池阵列安装在柔性衬底上的转移工艺。其中一个步骤是将单原子厚度的石墨烯层转移至仅几微米厚的柔性衬底上。这一复杂的工艺使得TMD完全嵌入到柔性衬底中,提高了耐用性。研究者们把这些装置绕在厚度小于1/3英寸的金属圆筒周围,对其灵活性和稳定性进行了测试。

纳斯里·纳齐夫总结说,TMD是光伏领域一个很有希望的发展方向,强大、灵活、耐用。

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