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斯坦福大学科学家为超薄轻质太阳能电池板开发出新型光伏材料

2021-12-31 08:00 · 稿源: cnbeta

太阳能工程领域正在进行一场竞赛,以创造几乎不可能实现的超薄、灵活的太阳能电池板。工程师们设想将它们用于移动应用,从自供电的可穿戴设备和传感器到轻型飞机和电动汽车。在此背景下,斯坦福大学的研究人员已经在一组有前途的光伏材料中取得了创纪录的效率。

这些过渡金属二氯化物(TMD)主要好处是,与其他太阳能材料相比,它们吸收了照射到其表面的超高水平阳光。研究人员表示,一架自动驾驶无人机通过其机翼上的太阳能阵列为自己供电,该阵列比一张纸要薄15倍,这就是TMD的前景。硅占了今天太阳能市场的95%,但它远非完美。我们需要轻质、可弯曲的新材料,坦率地说是更环保的材料,

虽然TMD拥有巨大的前景,但迄今为止的研究实验一直在努力将其吸收的2%太阳光转化为电能。对于硅太阳能电池板来说,这个数字正在接近30%。为了广泛使用,TMD将必须缩小这一差距。斯坦福大学的新原型实现了5.1%的电力转换效率,但研究人员预测,经过光学和电气优化,他们的效率实际上可以达到27%。这一数字将与目前市场上最好的太阳能电池板相当。

此外,该原型实现了100倍的功率重量比。这一比率对于移动应用非常重要,如无人机、电动汽车,以及为移动中的远征设备充电。目前原型每克产生4.4瓦,这个数字与当今其他薄膜太阳能电池,包括其他实验性原型产品相比具有竞争力。研究人员可以通过优化将这一关键比率再提高10倍,估计他们的TMD电池实际极限是每克46瓦。

TMD产品最大好处是其薄度,这不仅最大限度地减少了材料的使用和成本,而且还使TMD太阳能电池轻巧灵活,能够被塑造成不规则的形状--汽车车顶、飞机机翼或人类身体。斯坦福大学的团队能够生产出一个厚度仅为几百纳米的有源阵列。该阵列包括光伏TMD二硒化钨和由一层仅一个原子厚的导电石墨烯横跨的黄金触点。所有这些都被夹在一种灵活的、类似皮肤的聚合物和一种改善光吸收的抗反射涂层之间。

当完全组装起来时,TMD电池的厚度不到6微米,大约是一个轻便的办公垃圾袋厚度。需要15层才能达到一张纸的厚度。虽然薄、轻、灵活本身都是非常理想的目标,但TMD也有其他工程优势。它们在长期内是稳定和可靠的。而且,与其他挑战者不同的是,TMD不含有毒化学品。它们还具有生物相容性,因此它们可以用于需要直接接触人体皮肤或组织的可穿戴应用。

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