根據(jù)研究人員們表示，盡管目前的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)多半追求以最低的成本實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，然而卻常忽略了在輕薄尺寸方面的要求。然而，對(duì)于行動(dòng)電子設(shè)備而言，輕與薄一向是最主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)一向強(qiáng)調(diào)的是高轉(zhuǎn)換效率。
如今，根據(jù)MIT表示，既輕且薄的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)，在航空、太空等應(yīng)用以及運(yùn)輸成本高的偏遠(yuǎn)地區(qū)已經(jīng)越來(lái)越受歡迎了。未來(lái)，隨著材料變得越來(lái)越稀少，采用超輕薄太陽(yáng)能電池可實(shí)現(xiàn)對(duì)于自然資源的保護(hù)，甚至能降低安裝成本。
MIT教授Jeffrey Grossman：“至于如何才可能成為最薄的太陽(yáng)電池呢?我們的預(yù)測(cè)是只用兩層材料的電池設(shè)計(jì)。”Jeffrey Grossman與博士后研究員Marco Bernardi，以及羅馬大學(xué)客座研究員Maurizia Palummo共同合作進(jìn)行這項(xiàng)研究。
Grossman進(jìn)一步解釋?zhuān)?ldquo;目前的確有許多應(yīng)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(jié)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(jì)，其超薄型太陽(yáng)能電池薄膜基本上是厚度約1奈米的 2D 薄層比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池更節(jié)能1,000倍以上。但其缺點(diǎn)是效率較低，且需要較現(xiàn)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?yàn)槌√?yáng)能電池效率約為2%，而傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池(PC)則可實(shí)現(xiàn)高達(dá)20%的效率。然而，研究人員已經(jīng)計(jì)劃采用堆疊超薄2D太陽(yáng)能電池的層狀結(jié)構(gòu)，以提高其效率。
Grossman說(shuō)：“我們預(yù)測(cè)的兩層堆疊可能達(dá)到1-2%的效率，但當(dāng)然也可能堆疊到兩層以上，因而能提高效率。由2D材料制作的電池效率應(yīng)該也能達(dá)到像目前“傳統(tǒng)”PV約10-20%的效率。”
研究人員們?nèi)栽谀M原型設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于不僅較傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池更具輕薄的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也不受氧化、紫外線輻射和環(huán)境中水分的影響這三者通常是傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期穩(wěn)定性的殺手。此外，相較于傳統(tǒng)PV安裝，由于新式超薄設(shè)計(jì)不需采用玻璃罩或冷卻安裝，因而可節(jié)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。目前基于矽晶的太陽(yáng)能電池模組已經(jīng)很重了，加上保護(hù)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(xiàn)更輕的太陽(yáng)能電池，我們期望能找到一種超輕薄的機(jī)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(tǒng)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(yàn)室中建立這一原型，因而也無(wú)法讓材料實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。接下來(lái)，研究人員們打算開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室針對(duì)各種不同的材料配方與堆疊結(jié)構(gòu)測(cè)量其效率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
