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厚度仅 6 微米、可挠又环保,下一代太阳能生力军 TMD

2024-11-02 206


因材料特性的关系,我们无法用硅晶太阳能电池打造出又轻又薄的模组,如果想要著朝这个方向前进,只能转用其他太阳能电池技术,像是史丹佛大学团队就想以过渡金属二硫属化合物 (Transition Metal Dichalcogenide,TMD)打造不一样的太阳能板。

过渡金属二硫属化合物的优势在于,比起其他太阳能技术,它可以吸收更多的日照,史丹佛大学电机工程博士 Koosha Nassiri Nazif 表示,传统太阳能板的厚度是过渡金属二硫属化合物电池的 15 倍,想像一下我们用这种电池供电无人机,这是 TMD 太阳能电池的承诺。

TMD 太阳能电池的前景光明,但它还在开发阶段、只是一只雏鸟,转换效率最高仅 2%,相较之下硅晶太阳能转换效率已接近 30%。电机工程教授 Krishna Saraswat 指出,硅晶太阳能占太阳能市场的 95%,但我们还是需要更轻薄、能弯曲,甚至是更环保的电池。

目前史丹佛大学的已经打造出 5.1% 效率的 TMD 太阳能电池原型,团队则颇有信心,认为经过光学与机械优化后,效率可以突破 27%;新电池原型的功率重量比(Power-to-weight ratio)也确实多出 100 倍、有所提高,每公克可以发出 4.4 瓦的功率,已经可与其他薄膜太阳能电池媲美,团队预估理论质极限是每公克 46 瓦。

TMD 太阳能电池的另一个优点则是非常薄且轻盈灵活,不含有毒物质、具生物相容性,不仅环保还能减少材料使用量跟成本,也能制成不规则形状的太阳能电池,应用在汽车车顶、飞机机翼与无人机上。

史丹佛大学研发的 TMD 电池厚度不到 6 微米,大概要 15 层才会跟一般的纸一样厚,其中电池包括TMD 二硒化钨、0.34nm 导电石墨烯、135nm 金层接触,以及外层的柔软聚合物跟抗反射涂层,不过这也显示制造工程满复杂的,将超薄 TMD 层转移到可挠材料时,过程往往会损坏 TMD 层。

但无论如何,这也是为下一代再生能源生力军作准备,团队认为,强大、灵活且耐用的 TMD 电池是太阳能技术的新方向。

  • New solar materials developed by Stanford scientists could usher in ultrathin, lightweight solar panel

(首图来源:史丹佛大学)

2021-12-16 17:06:00

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