斯坦福大學科學家為超薄輕質太陽能電池板開發出新型光伏材料
太陽能工程領域正在進行一場競賽，以創造幾乎不可能實現的超薄、靈活的太陽能電池板。工程師們設想將它們用于移動應用，從自供電的可穿戴設備和傳感器到輕型飛機和電動汽車。在此背景下，斯坦福大學的研究人員已經在一組有前途的光伏材料中取得了創紀錄的效率。
這些過渡金屬二氯化物（TMD）主要好處是，與其他太陽能材料相比，它們吸收了照射到其表面的超高水平陽光。研究人員表示，一架自動駕駛無人機通過其機翼上的太陽能陣列為自己供電，該陣列比一張紙要薄15倍，這就是TMD的前景。硅占了今天太陽能市場的95%，但它遠非完美。我們需要輕質、可彎曲的新材料，坦率地說是更環保的材料。
雖然TMD擁有巨大的前景，但迄今為止的研究實驗一直在努力將其吸收的2%太陽光轉化為電能。對于硅太陽能電池板來說，這個數字正在接近30%。為了廣泛使用，TMD將必須縮小這一差距。斯坦福大學的新原型實現了5.1%的電力轉換效率，但研究人員預測，經過光學和電氣優化，他們的效率實際上可以達到27%。這一數字將與目前市場上最好的太陽能電池板相當。
此外，該原型實現了100倍的功率重量比。這一比率對于移動應用非常重要，如無人機、電動汽車，以及為移動中的遠征設備充電。目前原型每克產生4.4瓦，這個數字與當今其他薄膜太陽能電池，包括其他實驗性原型產品相比具有競爭力。研究人員可以通過優化將這一關鍵比率再提高10倍，估計他們的TMD電池實際極限是每克46瓦。
TMD產品最大好處是其薄度，這不僅最大限度地減少了材料的使用和成本，而且還使TMD太陽能電池輕巧靈活，能夠被塑造成不規則的形狀--汽車車頂、飛機機翼或人類身體。斯坦福大學的團隊能夠生產出一個厚度僅為幾百納米的有源陣列。該陣列包括光伏TMD二硒化鎢和由一層僅一個原子厚的導電石墨烯橫跨的黃金觸點。所有這些都被夾在一種靈活的、類似皮膚的聚合物和一種改善光吸收的抗反射涂層之間。
當完全組裝起來時，TMD電池的厚度不到6微米，大約是一個輕便的辦公垃圾袋厚度。需要15層才能達到一張紙的厚度。雖然薄、輕、靈活本身都是非常理想的目標，但TMD也有其他工程優勢。它們在長期內是穩定和可靠的。而且，與其他挑戰者不同的是，TMD不含有毒化學品。它們還具有生物相容性，因此它們可以用于需要直接接觸人體皮膚或組織的可穿戴應用。
