MIT推動(dòng)太陽(yáng)能電池輕薄設計新方向

　　美國麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員們正致力于打造出世界上最輕薄的太陽(yáng)能電池設計，并期望以此推動(dòng)太陽(yáng)能電池研究的另一個(gè)新發(fā)展方向。

　　根據研究人員們表示，盡管目前的太陽(yáng)能電池設計多半追求以最低的成本實(shí)現高轉換效率，然而卻常忽略了在輕薄尺寸方面的要求。然而，對于移動(dòng)電子設備而言，輕與薄一向是最主要的設計目標，而太陽(yáng)能電池設計一向強調的是高轉換效率。

　　如今，根據MIT表示，既輕且薄的太陽(yáng)能電池設計，在航空、太空等應用以及運輸成本高的偏遠地區已經(jīng)越來(lái)越受歡迎了。未來(lái)，隨著(zhù)材料變得越來(lái)越稀少，采用超輕薄太陽(yáng)能電池可實(shí)現對于自然資源的保護，甚至能降低安裝成本。

　　MIT教授JeffreyGrossman：“至于如何才可能成為最薄的太陽(yáng)電池呢?我們的預測是只用兩層材料的電池設計。”JeffreyGrossman與博士后研究員MarcoBernardi，以及羅馬大學(xué)客座研究員MauriziaPalummo共同合作進(jìn)行這項研究。

　　Grossman進(jìn)一步解釋?zhuān)?ldquo;目前的確有許多應用都必須考慮到重量，因此盡可能采用最薄的主動(dòng)層材料以及最小化封裝，從而帶來(lái)更薄、更耐用的基板，那么最終將改變整個(gè)安裝方式。此外，這還大助于解決一個(gè)核心問(wèn)題：我們究竟能從特定材料的每個(gè)原子或鍵結中省下多少功耗?”

　　MIT研究人員用電腦模擬各種不同材料，以期找到最輕薄的太陽(yáng)能電池組合。(來(lái)源：MIT

　　MIT估計，其超薄型太陽(yáng)能電池薄膜──基本上是厚度約1納米的2D薄層──比傳統太陽(yáng)能電池更節能1，000倍以上。但其缺點(diǎn)是效率較低，且需要較現有太陽(yáng)能電池更多10倍的面積，才能產(chǎn)生相同量的能量，因為超薄太陽(yáng)能電池效率約為2%，而傳統太陽(yáng)能電池(PC)則可實(shí)現高達20%的效率。然而，研究人員已經(jīng)計劃采用堆疊超薄2D太陽(yáng)能電池的層狀結構，以提高其效率。

　　Grossman說(shuō)：“我們預測的兩層堆疊可能達到1-2%的效率，但當然也可能堆疊到兩層以上，因而能提高效率。由2D材料製作的電池效率應該也能達到像目前‘傳統’PV約10-20%的效率。”

　　研究人員們仍在模擬原型設計所用的超薄太陽(yáng)能電池材料。透過(guò)精密的模擬過(guò)程，各種拓撲結構的層疊片材使用了原子石墨烯薄膜、二硫化鉬與二硒化物。這些設計的優(yōu)點(diǎn)在于不僅較傳統太陽(yáng)能電池更具輕薄的優(yōu)勢，同時(shí)也不受氧化、紫外線(xiàn)輻射和環(huán)境中水分的影響──這叁者通常是傳統太陽(yáng)能電池長(cháng)期穩定性的殺手。此外，相較于傳統PV安裝，由于新式超薄設計不需采用玻璃罩或冷卻安裝，因而可節省一半以上的成本。

　　Bernardi說(shuō)：“超輕薄太陽(yáng)能電池可望降低安裝成本。目前基于硅晶的太陽(yáng)能電池模組已經(jīng)很重了，加上保護玻璃后更重。目前太陽(yáng)能電池陣列占整個(gè)安裝成本的60%，主要都是由于重量造成的。因此，為了實(shí)現更輕的太陽(yáng)能電池，我們期望能找到一種超輕薄的機械可撓性材料，使其可用塑料封裝來(lái)取代玻璃材料，以便為太陽(yáng)能電池安裝建立新方向。”

　　相較于傳統太陽(yáng)能電池，超薄太陽(yáng)能電池的材料成本可望大幅降低。但研究人員還未能在實(shí)驗室中建立這一原型，因而也無(wú)法讓材料實(shí)現量產(chǎn)。接下來(lái)，研究人員們打算開(kāi)始在實(shí)驗室針對各種不同的材料配方與堆疊結構測量其效率與長(cháng)期穩定性。