沙特科學家研製出超薄無毒薄膜太陽能電池

2020-12-04 中國航空..

中國航空報訊:銦延展性、抗腐蝕、導電性表現都不錯,被廣泛應用在航天、醫療、電子工業,也價格昂貴。不過現在沙烏地阿拉伯科學家研發出不含銦的超薄太陽能,雖然效率比不上傳統矽晶太陽能,但是可以採用噴塗製程與可撓基板,不論靈活性還是可塑性,都略勝一籌。根據實驗,全新電池輕薄到能直接貼在肥皂泡泡上。

在薄膜太陽能技術中,銅銦鎵硒型(CIGS)太陽能轉換效率最高,小面積電池效率已經達到20.3%,模塊的效率也已達14%。只是共蒸鍍及真空濺鍍製程成本相當昂貴,目前科學家正努力研發出高轉換效率、製造成本又低的薄膜太陽能電池。

對此沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)科學家研發出一種可全噴塗印刷製造,不需要貴金屬銦的太陽能電池。團隊為太陽能電池調配出一款特殊的功能性油墨,其中噴墨印刷本身就是一門學問,需要克服墨盒與墨水之間的分子間作用力,才能從非常小的噴嘴噴射出小小滴的油墨,也要注意油墨能否順利轉變成乾燥墨膜、薄膜成品質量等等。

研究團隊研發的電池電極為透明導電聚合物PEDOT:PSS,中間夾著一層有機太陽能材料、外層再塗上防水的聚對二甲苯,避免太陽能電池因為風吹雨淋受損。實際在玻璃基板上測試後,發現全新噴塗式太陽能電池的功率轉換效率為4.73%。雖然效率沒有很高,但已經打破過去最高的4.1%紀錄,不過若是基板換成可撓式材料,效率會下降到3.6%。

研究團隊認為,雖然效率不高,但這種技術另有優勢。噴墨印刷製程能多樣化太陽能板設計,噴墨印刷可透過計算機輔助,將墨水準確地噴印於特定的位置上,製作出各式特殊元件,也同時具有節省原料、降低成本、不需開模等特性。

另外,這種電池不含有毒且稀少的銦,新型太陽能電池也非常輕巧,團隊為了展示全新的太陽能噴塗技術,還把超輕薄的太陽能電池貼在肥皂泡泡上。團隊的研究主要目標為研發輕巧柔性、能在室內燈光下直接發電的太陽能板研究。因此團隊指出,這種太陽能電池可以應用在小型傳感器、穿戴式電子設備、電子皮膚、飛行器傳感器或是生物傳感器等,畢竟上述的設備發展都受限於電池大小。

中國航空報訊:銦延展性、抗腐蝕、導電性表現都不錯,被廣泛應用在航天、醫療、電子工業,也價格昂貴。不過現在沙烏地阿拉伯科學家研發出不含銦的超薄太陽能,雖然效率比不上傳統矽晶太陽能,但是可以採用噴塗製程與可撓基板,不論靈活性還是可塑性,都略勝一籌。根據實驗,全新電池輕薄到能直接貼在肥皂泡泡上。

在薄膜太陽能技術中,銅銦鎵硒型(CIGS)太陽能轉換效率最高,小面積電池效率已經達到20.3%,模塊的效率也已達14%。只是共蒸鍍及真空濺鍍製程成本相當昂貴,目前科學家正努力研發出高轉換效率、製造成本又低的薄膜太陽能電池。

對此沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)科學家研發出一種可全噴塗印刷製造,不需要貴金屬銦的太陽能電池。團隊為太陽能電池調配出一款特殊的功能性油墨,其中噴墨印刷本身就是一門學問,需要克服墨盒與墨水之間的分子間作用力,才能從非常小的噴嘴噴射出小小滴的油墨,也要注意油墨能否順利轉變成乾燥墨膜、薄膜成品質量等等。

研究團隊研發的電池電極為透明導電聚合物PEDOT:PSS,中間夾著一層有機太陽能材料、外層再塗上防水的聚對二甲苯,避免太陽能電池因為風吹雨淋受損。實際在玻璃基板上測試後,發現全新噴塗式太陽能電池的功率轉換效率為4.73%。雖然效率沒有很高,但已經打破過去最高的4.1%紀錄,不過若是基板換成可撓式材料,效率會下降到3.6%。

研究團隊認為,雖然效率不高,但這種技術另有優勢。噴墨印刷製程能多樣化太陽能板設計,噴墨印刷可透過計算機輔助,將墨水準確地噴印於特定的位置上,製作出各式特殊元件,也同時具有節省原料、降低成本、不需開模等特性。

另外,這種電池不含有毒且稀少的銦,新型太陽能電池也非常輕巧,團隊為了展示全新的太陽能噴塗技術,還把超輕薄的太陽能電池貼在肥皂泡泡上。團隊的研究主要目標為研發輕巧柔性、能在室內燈光下直接發電的太陽能板研究。因此團隊指出,這種太陽能電池可以應用在小型傳感器、穿戴式電子設備、電子皮膚、飛行器傳感器或是生物傳感器等,畢竟上述的設備發展都受限於電池大小。

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  • 可以貼在肥皂泡泡上,科學家研製超薄無毒薄膜太陽能
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  • 美歐薄膜太陽能電池哪家強?
    另外,薄膜太陽能電池的原材料較少,生產數量較少。一些薄膜太陽能電池,如銅銦鎵硒太陽能電池、碲化鎘薄膜太陽能電池的原材料都是稀有材料,不容易製備太多。部分薄膜太陽能電池還在研發試驗階段,仍有不少研究者對其使用壽命長短持懷疑態度。「太陽能電池進入第三代!」
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    薄膜太陽能電池種類  為了尋找單晶矽電池的替代品,人們除開發了多晶矽,非晶矽薄膜太陽能電池外,又不斷研製其它材料的CIS薄膜電池從80年代最初8%的轉換效率發展到目前的15%左右。日本松下電氣工業公司開發的摻鎵的CIS電池,其光電轉換效率為15.3%(面積1cm2) 。1995年美國可再生能源研究室研製出轉換效率17.l%的CIS太陽能電池,這是迄今為止世界上該電池的最高轉換效率。預計到2000年CIS電池的轉換效率將達到20%,相當於多晶矽太陽能電池。
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  • 薄膜太陽能電池有哪些
    薄膜太陽能電池是緩解能源危機的新型光伏器件。薄膜太陽能電池可以使用在價格低廉的陶瓷、石墨、金屬片等不同材料當基板來製造,形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm,目前轉換效率最高可以達13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外,也因為具有可撓性可以製作成非平面構造其應用範圍大,可與建築物結合或是變成建築體的一部份,應用非常廣泛。
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    三、柔性襯底薄膜太陽電池的國內外現狀當前商業化非晶矽電池的穩定效率,單結、雙結、三結分別為4%~5%,6%~7%,7%~8%。世界上從事柔性襯底薄膜太陽能電池的研製生產的主要單位是美國的聯合太陽能公司(UnitedSolar),歐洲的VHF-technologies公司,和日本的Sharp公司,Sanyo公司。
  • 柔性非晶矽薄膜太陽能電池技術
    三柔性襯底薄膜太陽電池的國內外現狀 當前商業化非晶矽電池的穩定效率,單結、雙結、三結分別為4%~5%,6%~7%,7%~8%。世界上從事柔性襯底薄膜太陽能電池的研製生產的主要單位是美國的聯合太陽能公司(United Solar),歐洲的VHF-technologies公司,和日本的Sharp公司,Sanyo公司。
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    「銅銦鎵硒」薄膜太陽能電池核心技術取得重大突破,達到國際水平。該項目是中科院深圳先進技術研究院聯合香港中文大學,深港攜手自主研發成功的高效低成本銅銦鎵硒薄膜太陽能電池裝備、工藝及產品。香港中文大學教授、中科院深圳先進院光伏太陽能實驗室主任肖旭東團隊研製的「銅銦鎵硒」太陽能電池效率已達到18.7%,邁入國際領先行列。
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    在美國材料學研究協會最近舉行的年會上,麻省工學院開麥林教授展示了最新研製成功的新型太陽能電池模型,新模型對原有的薄膜太陽能電池進行了結構上的改進,使得電池所吸收的太陽光能夠停留更長時間,因而大大提高了太陽能轉化成電能的效率。