太陽能工程領(lǐng)域正在進(jìn)行一場(chǎng)競(jìng)賽，以創(chuàng)造幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的超薄、靈活的太陽能電池板。工程師們?cè)O(shè)想將它們用于移動(dòng)應(yīng)用，從自供電的可穿戴設(shè)備和傳感器到輕型飛機(jī)和電動(dòng)汽車。在此背景下，斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)在一組有前途的光伏材料中取得了創(chuàng)紀(jì)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(dòng)駕駛無人機(jī)通過其機(jī)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(chǎng)的95%，但它遠(yuǎn)非完美。我們需要輕質(zhì)、可彎曲的新材料，坦率地說是更環(huán)保的材料，
雖然TMD擁有巨大的前景，但迄今為止的研究實(shí)驗(yàn)一直在努力將其吸收的2%太陽光轉(zhuǎn)化為電能。對(duì)于硅太陽能電池板來說，這個(gè)數(shù)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(xué)的新原型實(shí)現(xiàn)了5.1%的電力轉(zhuǎn)換效率，但研究人員預(yù)測(cè)，經(jīng)過光學(xué)和電氣優(yōu)化，他們的效率實(shí)際上可以達(dá)到27%。這一數(shù)字將與目前市場(chǎng)上最好的太陽能電池板相當(dāng)。
此外，該原型實(shí)現(xiàn)了100倍的功率重量比。這一比率對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用非常重要，如無人機(jī)、電動(dòng)汽車，以及為移動(dòng)中的遠(yuǎn)征設(shè)備充電。目前原型每克產(chǎn)生4.4瓦，這個(gè)數(shù)字與當(dāng)今其他薄膜太陽能電池，包括其他實(shí)驗(yàn)性原型產(chǎn)品相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。研究人員可以通過優(yōu)化將這一關(guān)鍵比率再提高10倍，估計(jì)他們的TMD電池實(shí)際極限是每克46瓦。
TMD產(chǎn)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(guī)則的形狀--汽車車頂、飛機(jī)機(jī)翼或人類身體。斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)出一個(gè)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(gè)原子厚的導(dǎo)電石墨烯橫跨的黃金觸點(diǎn)。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(dāng)完全組裝起來時(shí)，TMD電池的厚度不到6微米，大約是一個(gè)輕便的辦公垃圾袋厚度。需要15層才能達(dá)到一張紙的厚度。雖然薄、輕、靈活本身都是非常理想的目標(biāo)，但TMD也有其他工程優(yōu)勢(shì)。它們?cè)陂L期內(nèi)是穩(wěn)定和可靠的。而且，與其他挑戰(zhàn)者不同的是，TMD不含有毒化學(xué)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(yīng)用。
