薄如纸的太阳能电池可以将表面转化为能源

能效见解

• 柔性太阳能电池粘在坚固、轻质的织物上，可以作为可穿戴的动力织物在行进中提供能量，也可以运输并快速部署到偏远地区，以在紧急情况下提供援助。
• 一些可能的应用包括将其集成到船帆上，在海上提供动力，或者应用到无人机的机翼上，以扩大其飞行范围。

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麻省理工学院的工程师们开发出了超轻织物太阳能电池，可以快速轻松地将任何表面转化为电源。

这些耐用、柔韧的太阳能电池比人的头发还要薄得多，它们被粘在坚固、轻质的织物上，很容易安装在固定的表面上。它们可以作为一种可穿戴的电力织物在行进中提供能量，也可以被运输和快速部署到偏远地区，以在紧急情况下提供援助。它们的重量是传统太阳能电池板的百分之一，每公斤产生的功率是传统太阳能电池板的18倍，并且由半导体墨水制成，使用的印刷工艺在未来可以大规模生产。

因为它们很薄很轻，这些太阳能电池可以叠层在许多不同的表面上。例如，它们可以集成到船帆上，在海上提供动力，粘附在帐篷和防水布上，用于灾难恢复行动，或者应用到无人机的机翼上，以扩大飞行范围。这种轻质太阳能技术可以轻松集成到建筑环境中，安装需求最小。

“用于评估一种新的太阳能电池技术的指标通常仅限于它们的能量转换效率和每瓦的成本。同样重要的是可集成性，即新技术的适应性。轻质太阳能织物具有可集成性，为当前的工作提供了动力。鉴于目前迫切需要部署新的无碳能源，我们努力加速太阳能的采用，”Fariborz Maseeh新兴技术主席、麻省理工学院有机与纳米结构电子实验室(ONE实验室)主任Vladimir buloviic说。Nano的资深作者新论文描述工作。

与bulovic一起撰写论文的还有Mayuran Saravanapavanantham，他是麻省理工学院的电气工程和计算机科学研究生;以及麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家耶利米·姆瓦拉。这项研究发表在小方法。

瘦身太阳能

传统的硅太阳能电池很脆弱，所以它们必须用玻璃包装，用厚重的铝框架包装，这限制了它们的部署地点和方式。

六年前，ONE实验室团队使用一种新兴的薄膜材料生产出了太阳能电池，这种材料非常轻他们可以坐在肥皂泡上．但这些超薄太阳能电池是用复杂的真空工艺制造的，这种工艺成本昂贵，而且难以扩大规模。

在这项工作中，他们开始开发完全可打印的薄膜太阳能电池，使用基于墨水的材料和可扩展的制造技术。

为了生产太阳能电池，他们使用了一种可打印电子墨水形式的纳米材料。在MIT.nano在洁净室，他们使用槽模涂布机涂覆太阳能电池结构，它将电子材料层沉积在一个准备好的，可释放的基板上，只有3微米厚。通过丝网印刷(一种类似于将图案添加到丝印t恤上的技术)，电极被沉积在结构上以完成太阳能模块。

然后，研究人员可以将大约15微米厚的打印模块从塑料基板上剥离，形成一个超轻太阳能设备。

然而，这种薄而独立的太阳能模块很难处理，而且很容易撕裂，这将使它们难以部署。为了解决这一挑战，麻省理工学院的团队寻找了一种轻质、柔性和高强度的基底，可以将太阳能电池附着在其上。他们认为面料是最佳的解决方案，因为它们提供了机械弹性和灵活性，而且几乎没有增加重量。

他们找到了一种理想的材料——一种复合织物，每平方米重仅13克，商业上称为Dyneema。这种面料是由非常坚固的纤维制成的，它们被用作绳索来抬起沉没的科斯塔康科迪亚号游轮来自地中海的海底通过添加一层只有几微米厚的紫外光固化胶水，他们将太阳能模块粘附在这种织物上。这形成了一个超轻和机械坚固的太阳结构。

“虽然直接在织物上打印太阳能电池似乎更简单，但这将限制可能的织物或其他接收表面的选择，使其在化学和热方面与制造设备所需的所有加工步骤兼容。我们的方法将太阳能电池的制造与最终的集成分离开来。”

比传统的太阳能电池更耀眼

当他们测试该设备时，麻省理工学院的研究人员发现，当它独立时，每公斤可以产生730瓦的电力，如果部署在高强度的Dyneema织物上，每公斤大约可以产生370瓦的电力，这是传统太阳能电池每公斤电力的18倍左右。

“在马萨诸塞州，一个典型的屋顶太阳能装置大约是8000瓦。为了产生同样数量的电力，我们的织物光伏只会给房子的屋顶增加大约20公斤(44磅)，”他说。

他们还测试了设备的耐久性，发现即使在将织物太阳能电池板滚动和展开超过500次之后，电池仍然保留了90%以上的初始发电能力。

虽然他们的太阳能电池比传统电池要轻得多，也更灵活，但他们需要用另一种材料来保护它们免受环境的影响。用于制造电池的碳基有机材料可以通过与空气中的水分和氧气相互作用来改变，这可能会降低电池的性能。

Mwaura说:“像传统硅太阳能电池的标准一样，将这些太阳能电池包裹在厚重的玻璃中，将最大限度地降低目前进步的价值，因此该团队目前正在开发超薄包装解决方案，这只会略微增加目前超轻设备的重量。”“我们正在努力尽可能多地去除非太阳活性物质，同时仍然保留这些超轻和柔性太阳能结构的形状和性能。例如，我们知道通过印刷可释放基板可以进一步简化制造过程，相当于我们用于制造设备中其他层的过程。这将加速这项技术向市场的转化。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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