太阳能电池的革命，MIT研制出比纸薄的柔性太阳能电池

美国麻省理工学院的工程师们开发出了一种超轻薄纤维的柔性太阳能电池，可以快速轻松地将任何表面转变为电源。

这些耐用、灵活的太阳能电池，像纸一样，比人的头发薄得多，被粘在一块坚固、轻盈的纤维产品上，使其易于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旅途中提供能量，也可以在偏远地区运输和快速部署，在紧急情况下提供帮助。它们的重量是传统太阳能电池板的百分之一，每千克发电量是传统太阳能板的18倍，由半导体油墨制成，采用印刷工艺，未来可扩大到大面积制造。

由于这些太阳能电池非常薄且重量轻，因此可以将其层压在许多不同的表面上。例如，它们可以集成在船的帆上，在海上提供动力，粘附在灾难救援行动中部署的帐篷和防水布上，或者应用在无人机的机翼上，以扩大其飞行范围。这种轻型太阳能技术可以很容易地集成到建筑环境中，只需很少的安装要求。

一般来说，用于评估新太阳能电池技术的指标通常限于它的功率转换效率和每瓦成本。同样重要的是可积性、易用性。

传统的硅太阳能电池很脆弱，因此必须用玻璃包裹，并用厚重的铝框架包装，这限制了它们的部署位置和方式。

六年前，MIT的研究人员使用一种新兴的薄膜材料生产太阳能电池，这种材料非常轻，可以放在肥皂泡上。但是，这些超薄太阳能电池是使用复杂的真空工艺制造的，成本昂贵的，而且规模化生产很有挑战性。

在这项研究工作中，研究人员着手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，他们使用可打印电子墨水形式的纳米材料。在麻省理工学院的纳米洁净室，他们使用狭缝涂布机喷涂太阳能电池结构，将电子材料层沉积到制备好的、可释放的基底上，该基底只有3微米厚。使用丝网印刷，一种类似于丝网印制T恤的技术，在结构上加上电极，组成太阳能模块。

然后，研究人员可以将厚度约为15微米的印刷模块从塑料基板上剥离，形成一个超轻太阳能装置。

但这种薄而独立的太阳能模块很难处理，而且很容易撕裂，这将难以应用。为了解决这一难题，麻省理工学院的团队寻找了一种轻质、灵活、高强度的基材，它们可以将太阳能电池粘附在其上。他们认为纤维是最佳解决方案，因为它们在几乎不增加重量的情况下提供了机械弹性和灵活性。

他们发现了一种理想的材料——一种每平方米仅重13克的复合材料，商业上称为Dyneema的超高分子量聚乙烯纤维。这种织物是由非常坚固的纤维制成的，它们被用作将沉没的邮轮康考迪亚号从地中海底部吊起的绳索。通过添加一层只有几微米厚的紫外线固化胶，他们可以将太阳能组件粘附在这种织物上。这形成了一个超轻且机械坚固的太阳能结构。

虽然将太阳能电池直接打印在织物上可能会显得更简单，但这将限制对其他可能的织物或其他接收表面的选择。MIT的方法将太阳能电池制造与其最终集成分离。

这种超薄太阳能电池性能超越了传统太阳能电池。

麻省理工学院的研究人员发现，单独的电池产品，每千克可产生730瓦的功率，如果将其部署在高强度Dyneema织物上，每千克约产生370瓦的功率。

如果要在屋顶布置这种纤维光电池产品，用20公斤就可以产出约8000瓦的电力。

研究人员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500多次后，电池仍保持了90%以上的初始发电能力。

虽然这种的太阳能电池比传统电池更轻、更灵活，但他们需要用另一种材料来保护自己不受环境影响。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发生变性，这可能会降低电池的性能。

为了保护太阳能电池，传统硅太阳能电池的标准做法是将这些太阳能电池封装在厚玻璃中，但这样会限制产品的性能。该团队目前正在开发超薄封装解决方案，只会略微增加当前超轻设备的重量。

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