《電子技術(shù)應(yīng)用》
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最薄柔性光伏電池誕生 厚度為頭發(fā)直徑百分之一

2016-07-07

  最薄太陽能電池能有多?。孔钚碌募o錄是1微米,。這相當于人類頭發(fā)絲直徑的百分之一,,也就是傳統(tǒng)標準太陽能電池的數(shù)百分之一。

  超薄化如果得以實現(xiàn),,那么太陽能電池的應(yīng)用空間將變得更加廣闊,,不再局限于地面電站或者屋頂。光伏系統(tǒng)可以附著在各種表面,,比如可穿戴能源設(shè)備以及車輛,、電器、建筑上。

  最近,,韓國科學(xué)家Juho Kim等人在《應(yīng)用物理快報》(Applied Physics Letters)上發(fā)表了最新研究,,推出了這款超薄太陽能電池。電池雖然薄但轉(zhuǎn)化效率卻不低,,與厚度約為3.5微米的太陽能電池相比,,能夠產(chǎn)生同樣的電能,,厚度卻減少到了四分之一,。

 

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  超薄柔性砷化鎵太陽能微電池的制作流程。

  韓國研究者嘗試把無機復(fù)合半導(dǎo)體微電池設(shè)備和可彎曲或可延展的基板結(jié)合起來,,通過減少電池的厚度來提高其柔韌性,,為利用這些微電池設(shè)備作為衣服、皮膚等可穿戴電子設(shè)備的便攜式電源提供了可能性,。

  在以往的生產(chǎn)中,,由于電子元件需要被粘在基板上,黏合劑就會額外增加電池的厚度,,此次研究新采用了“冷壓焊”的方法,,將材料頂層的光刻膠在170攝氏度下融化,然后將其焊接到基板電極上,。光刻膠在冷卻后就會被剝離,,因此這一過程中黏合劑并不會造成電池厚度的增加。

  減少微電子設(shè)備的電池厚度,,有利于適應(yīng)日常使用中電子設(shè)備各種被極端彎曲的場合,。一般來說,微電子設(shè)備越薄,,其彎曲時受到的壓力也就越小,,越容易彎曲。同時,,可佩帶在身上的彈性電子設(shè)備通常都要求有持續(xù)的電源供給,,此次實驗結(jié)果和理論分析恰巧表明,超薄太陽能微電池在極端彎曲的情況下供電更持久,。無論是在生產(chǎn)成本還是持續(xù)供電方面,,都具有極大的優(yōu)勢。

  研究中制作太陽能微電池的材料是半導(dǎo)體砷化鎵,,主要利用轉(zhuǎn)印transfer-printing這一技術(shù),,電池的重復(fù)使用是通過基板底部的電極反射光子回光伏電池來實現(xiàn)的。

  此款超薄太陽能電池非常靈活并且很薄,,可以包裹鉛筆一周,。許多可穿戴設(shè)備限于電池體積和重量而無法被推廣應(yīng)用,而這塊電池的高柔韌性和輕質(zhì)量的特性,將有利于推動可穿戴電子設(shè)備的生產(chǎn),,比如為智能眼鏡供電,,也可以納入衣服中為可穿戴設(shè)備供電。

  除此之外,,未來該材料潛力巨大,,有望為太陽能電池應(yīng)用開創(chuàng)出許多全新領(lǐng)域。像航天器或高空探測氣球等對重量較為敏感的領(lǐng)域,,超薄太陽能電池的應(yīng)用有重要科研價值,。玻璃、織物,、紙張,、塑料等材料也可以作為電池的載體而產(chǎn)生更大的使用價值。

  其實,,今年2月底,,美國麻省理工學(xué)院的研究人員就已研發(fā)出號稱“世界上最輕最薄”的太陽能電池。該款太陽能電池厚度為2微米,,是這次韓國團隊研發(fā)產(chǎn)品的兩倍,。研究人員稱其輕薄到可以放在肥皂泡中而不讓它破裂。在可穿戴設(shè)備中,,由于太陽能電池很輕,,所穿戴用戶甚至都無法看見它的存在。但是,,MIT的這款太陽能電池在當時轉(zhuǎn)化效率還不是很高,,而此次韓國科學(xué)家的研究則進一步優(yōu)化了轉(zhuǎn)化效率這一問題。

  不過,, MIT和韓國科學(xué)家開發(fā)的全新超薄太陽能電池目前仍均處在概念證明階段,,投入真正商用還需時日。


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