MIT開發出紙張太陽能電池，效率翻18倍，重量不到原來百分之一
下一步準備投入商業使用
Pine 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
和紙一樣薄的太陽能電池，你見過嗎？
現在，MIT研究團隊搞出來了，整個電池結構只有2～3微米厚，模樣長這樣：
不僅厚度更薄了，并且效率也翻了n番：
每千克產生的電量是傳統太陽能電池的18倍。
并且這項研究的通訊作者Vladimir Bulovi?還新創立了一家公司，準備進一步開發和商業化這款超薄太陽能電池。
網友們對這項技術成果也抱有很大的期待：
希望這能提高傳統太陽能電池的效率。
再說回這個電池本身，它到底是怎么一回事？一起來看看～
能做成更大面積的超薄太陽能電池
此前，已經出現過類似的薄膜太陽能電池，但它們都會或多或少都會有一些限制：要么是制備出的太陽能電池尺寸太小無法商業化應用，要么就是實際應用效率太低。
而MIT的這個超薄太陽能電池，不僅效率上有保證，而且它的可擴展性能也是杠杠的，Bulovi?教授也表示：
雖然實驗室制作出來的樣品只有10cmX10cm，但它毫無疑問能做到更大尺寸。
那研究團隊又是如何兼顧到這些的呢？
要想制作出超薄的可擴展的太陽能電池，首先面對的問題就是材料的選取。
換句話說，就是選取材料就不得不考慮到它的工藝可行性。
至于制備工藝，簡單來說，超薄太陽能電池就是在薄膜載體上噴涂各種材料以及太陽能電池層。
研究團隊給出了這樣一個（下圖）制備可擴展太陽能電池的工藝流程：輥對輥集成。
在之前的研究中，制備薄膜太陽能電池一般都是采用玻璃作為載體材料。
但玻璃很脆，不能輕易被切開修剪，并不適用于大面積涂層技術，比如說槽模涂層（Slot-Die Coating）和絲網印刷（screen printing）。
△圖源：alicat
于是，研究團隊放棄使用玻璃作為載體，轉用聚對苯二甲酸乙二酯（PET）片，它能夠很好地避開玻璃基板的缺陷。
載體基板確定之后，接下來便是在上面進行一層又一層的噴涂了。
研究人員先是噴涂一層氟聚合物釋放層，然后通過化學氣相沉積加入一層薄薄的聚對二甲苯，它是電氣絕緣材料，可防止潮氣和化學腐蝕。
此外，研究人員還使用由各種材料制成的可打印墨水來沉積不同的太陽能電池層，比如選擇了一種有機半導體作為主動光電轉換層，銀納米線和導電聚合物作為透明電極。
這樣一來，成品太陽能電池便制備好了，接下來就要剝離在PET片上噴涂的太陽能薄膜，將其轉移到另外一種復合織物上去。
這里MIT選用了Dyneema復合織物，它是由超高分子量聚乙烯纖維夾在聚酯薄片之間制成，是商業上可用于高強度、低重量應用的最佳材料之一。
具體過程，是在成品太陽能電池的邊緣涂上幾微米的膠水，然后與Dyneema接觸，將太陽能薄膜“扯”下來完成轉移。
講完制備工藝，再來看看它的效率如何？直接上數據。
MIT的太陽能電池功率密度為370瓦/千克，重量為0.1千克/平方米。
為了便于對照，研究人員還擺出了傳統太陽能電池的相關數據：
商用硅功率密度為20瓦/千克，重量為10.7千克/平方米。玻璃基板上的碲化鎘薄膜太陽能電池板的功率密度為13瓦/千克，重量為14千克/平方米。
數據很直觀，重量輕了100多倍，單位千克功率翻了n番。
值得一提的是，為了能夠實現商業化應用，研究團隊還進行了更廣泛的測試，制造出一種輕質的封裝層，以延長電池的壽命，Bulovi?教授稱：
（我們的）太陽能電池不用包裝就能使用一到兩年，而通過包裝，可以將壽命延長至五至十年。
不過有網友還是理性分析了一通：重量輕了百余倍，而功率密度又是按照單位重量計算的，那折合下來單位面積的功率甚至還是不如傳統的太陽能電池。
研究團隊
研究團隊來自MIT，其中通訊作者為Vladimir Bulovi?，是麻省理工學院納米系主任，工程學教授。
Bulovi?教授領導了有機和納米結構電子實驗室，共同領導著MIT-Eni太陽能前沿中心。
截至目前，他已經發表了250余篇研究論文，被引用次數超過45000，在發光二極管、化學傳感器、可編程存儲器和微電子機器等領域發明了100多項美國專利，其中大部分已經獲得許可并被初創企業和跨國公司使用。
此外，Bulovi?還擁有三家初創公司，包括被三星收購的量子點電子公司QD Vision，主要提供新一代顯示和照明解決方案。
還有一家制造透明太陽能電池的公司Ubiquitous Energy。
而最新的一家初創公司Active Surfaces，則是準備進一步開發和商業化文中提到的這款超薄太陽能電池。
參考鏈接：
[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
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