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全球最薄柔性光伏电池韩国诞生,厚度为人类头发直径百分之一

  2019-07-10 20:09:01
全球最薄柔性光伏电池韩国诞生,厚度为人类头发直径百分之一 最薄太阳能电池能有多薄?最新的纪录是1微米。这相当于人类头发丝直径的百分之一,也就是传统标准太阳能电池的数百分之一。

超薄化如果得以实现,那么太阳能电池的应用空间将变得更加广阔,不再局限于地面电站或者屋顶。光伏系统可以附着在各种表面,比如可穿戴能源设备以及车辆、电器、建筑上。

最近,韩国科学家JuhoKim等人在《应用物理快报》(AppliedPhysicsLetters)上发表了最新研究,推出了这款超薄太阳能电池。电池虽然薄但转化效率却不低,与厚度约为3.5微米的太阳能电池相比,能够产生同样的电能,厚度却减少到了四分之一。

韩国研究者尝试把无机复合半导体微电池设备和可弯曲或可延展的基板结合起来,通过减少电池的厚度来提高其柔韧性,为利用这些微电池设备作为衣服、皮肤等可穿戴电子设备的便携式电源提供了可能性。

在以往的生产中,由于电子元件需要被粘在基板上,黏合剂就会额外增加电池的厚度,此次研究新采用了“冷压焊”的方法,将材料顶层的光刻胶在170摄氏度下融化,然后将其焊接到基板电极上。光刻胶在冷却后就会被剥离,因此这一过程中黏合剂并不会造成电池厚度的增加。

减少微电子设备的电池厚度,有利于适应日常使用中电子设备各种被极端弯曲的场合。一般来说,微电子设备越薄,其弯曲时受到的压力也就越小,越容易弯曲。同时,可佩带在身上的弹性电子设备通常都要求有持续的电源供给,此次实验结果和理论分析恰巧表明,超薄太阳能微电池在极端弯曲的情况下供电更持久。无论是在生产成本还是持续供电方面,都具有极大的优势。

研究中制作太阳能微电池的材料是半导体砷化镓,主要利用转印transfer-printing这一技术,电池的重复使用是通过基板底部的电极反射光子回光伏电池来实现的。

此款超薄太阳能电池非常灵活并且很薄,可以包裹铅笔一周。许多可穿戴设备限于电池体积和重量而无法被推广应用,而这块电池的高柔韧性和轻质量的特性,将有利于推动可穿戴电子设备的生产,比如为智能眼镜供电,也可以纳入衣服中为可穿戴设备供电。

除此之外,未来该材料潜力巨大,有望为太阳能电池应用开创出许多全新领域。像航天器或高空探测气球等对重量较为敏感的领域,超薄太阳能电池的应用有重要科研价值。玻璃、织物、纸张、塑料等材料也可以作为电池的载体而产生更大的使用价值。

其实,今年2月底,美国麻省理工学院的研究人员就已研发出号称“世界上最轻最薄”的太阳能电池。该款太阳能电池厚度为2微米,是这次韩国团队研发产品的两倍。研究人员称其轻薄到可以放在肥皂泡中而不让它破裂。在可穿戴设备中,由于太阳能电池很轻,所穿戴用户甚至都无法看见它的存在。但是,MIT的这款太阳能电池在当时转化效率还不是很高,而此次韩国科学家的研究则进一步优化了转化效率这一问题。

不过,MIT和韩国科学家开发的全新超薄太阳能电池目前仍均处在概念证明阶段,投入真正商用还需时日。


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