斯坦福大學科學家為超薄輕質太陽能電池板開發(fā)出新型光伏材料
太陽能工程領域正在進行一場競賽，以創(chuàng)造幾乎不可能實現(xiàn)的超薄、靈活的太陽能電池板。工程師們設想將它們用于移動應用，從自供電的可穿戴設備和傳感器到輕型飛機和電動汽車。在此背景下，斯坦福大學的研究人員已經在一組有前途的光伏材料中取得了創(chuàng)紀錄的效率。
這些過渡金屬二氯化物（TMD）主要好處是，與其他太陽能材料相比，它們吸收了照射到其表面的超高水平陽光。研究人員表示，一架自動駕駛無人機通過其機翼上的太陽能陣列為自己供電，該陣列比一張紙要薄15倍，這就是TMD的前景。硅占了今天太陽能市場的95%，但它遠非完美。我們需要輕質、可彎曲的新材料，坦率地說是更環(huán)保的材料。
雖然TMD擁有巨大的前景，但迄今為止的研究實驗一直在努力將其吸收的2%太陽光轉化為電能。對于硅太陽能電池板來說，這個數(shù)字正在接近30%。為了廣泛使用，TMD將必須縮小這一差距。斯坦福大學的新原型實現(xiàn)了5.1%的電力轉換效率，但研究人員預測，經過光學和電氣優(yōu)化，他們的效率實際上可以達到27%。這一數(shù)字將與目前市場上最好的太陽能電池板相當。
此外，該原型實現(xiàn)了100倍的功率重量比。這一比率對于移動應用非常重要，如無人機、電動汽車，以及為移動中的遠征設備充電。目前原型每克產生4.4瓦，這個數(shù)字與當今其他薄膜太陽能電池，包括其他實驗性原型產品相比具有競爭力。研究人員可以通過優(yōu)化將這一關鍵比率再提高10倍，估計他們的TMD電池實際極限是每克46瓦。
TMD產品最大好處是其薄度，這不僅最大限度地減少了材料的使用和成本，而且還使TMD太陽能電池輕巧靈活，能夠被塑造成不規(guī)則的形狀--汽車車頂、飛機機翼或人類身體。斯坦福大學的團隊能夠生產出一個厚度僅為幾百納米的有源陣列。該陣列包括光伏TMD二硒化鎢和由一層僅一個原子厚的導電石墨烯橫跨的黃金觸點。所有這些都被夾在一種靈活的、類似皮膚的聚合物和一種改善光吸收的抗反射涂層之間。
當完全組裝起來時，TMD電池的厚度不到6微米，大約是一個輕便的辦公垃圾袋厚度。需要15層才能達到一張紙的厚度。雖然薄、輕、靈活本身都是非常理想的目標，但TMD也有其他工程優(yōu)勢。它們在長期內是穩(wěn)定和可靠的。而且，與其他挑戰(zhàn)者不同的是，TMD不含有毒化學品。它們還具有生物相容性，因此它們可以用于需要直接接觸人體皮膚或組織的可穿戴應用。
