蓋世汽車(chē)訊 太陽(yáng)能工程領(lǐng)域正在展開(kāi)一場(chǎng)競(jìng)賽，以制造非常薄而靈活的太陽(yáng)能電池板，用于電動(dòng)汽車(chē)等出行領(lǐng)域。據(jù)外媒報(bào)道，斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)的一組光伏材料，取得創(chuàng)紀(jì)錄效率。

（圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)）

與其他太陽(yáng)能材料相比，這些過(guò)渡金屬二硫化物（或TMD）的主要優(yōu)勢(shì)在于，能夠吸收照射在其表面的超高水平的陽(yáng)光。斯坦福大學(xué)電氣工程博士學(xué)者Koosha Nassiri Nazif表示：“想象一下，在一架自動(dòng)無(wú)人機(jī)的機(jī)翼頂部，所安裝的太陽(yáng)能陣列，比一張紙還要薄15倍。這就是TMD的前景所在?！?/p>

對(duì)于柔性、輕量化和高功率應(yīng)用來(lái)說(shuō)，比如可穿戴設(shè)備和傳感器，或是航空航天設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)，太陽(yáng)能首選材料硅過(guò)于笨重、不易彎曲，因此很有必要尋找新的材料。

具有競(jìng)爭(zhēng)力的替代方案

盡管TMD前景看好，然而迄今為止，在研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一直難以將其吸收的2%以上的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。就硅太陽(yáng)能電池板而言，這個(gè)數(shù)字接近30%。為了促進(jìn)TMD的廣泛使用，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。預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)光學(xué)和電氣優(yōu)化后，實(shí)際上可以達(dá)到27%的效率，與目前市場(chǎng)上最好的太陽(yáng)能電池板（包括硅）相當(dāng)。

此外，該原型的的功率重量比，比以往開(kāi)發(fā)的TMD高100倍。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和無(wú)人機(jī)等出行應(yīng)用，以及在移動(dòng)過(guò)程中為遠(yuǎn)征設(shè)備充電的能力，這一比率具有重要意義。考慮到比功率，即衡量太陽(yáng)能電芯單位重量的電能輸出，該原型產(chǎn)生每克4.4瓦的功率，可與當(dāng)前其他薄膜太陽(yáng)能電芯相媲美，包括其他實(shí)驗(yàn)原型。

研究人員認(rèn)為，通過(guò)優(yōu)化，可以將這一關(guān)鍵比例再提高10倍。估計(jì)TMD電芯的實(shí)際極限為每克46瓦。

其他優(yōu)勢(shì)

此項(xiàng)研究最大的優(yōu)勢(shì)在于超薄的厚度，不僅能充分減少材料使用和成本，而且使TMD太陽(yáng)能電芯變得輕便靈活，能夠模制成不規(guī)則的形狀，用于汽車(chē)車(chē)頂、飛機(jī)機(jī)翼或人體。斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)出只有幾百納米厚的有源陣列。該陣列中包括光伏TMD鎢二硒化物和由一層僅單原子厚的導(dǎo)電石墨烯覆蓋的金觸點(diǎn)。這些都夾在柔韌的皮膚狀聚合物和能夠增強(qiáng)光線(xiàn)吸收的抗反射涂層之間。

該TMD電芯完成組裝后，厚度不到6微米，大約相當(dāng)于一個(gè)薄垃圾袋的厚度，需要15層才能達(dá)到一張紙的厚度。

TMD也具有其他工程優(yōu)勢(shì)，如長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠，不含有毒化學(xué)物質(zhì)。另外，還具有生物相容性，可用于需要直接接觸人類(lèi)皮膚或組織的可穿戴應(yīng)用。

良好的發(fā)展前景

在具有工程復(fù)雜性的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中，TMD也存在一些缺點(diǎn)，使其性能受到影響。如將超薄TMD層轉(zhuǎn)移至柔性支撐材料的過(guò)程，常常會(huì)損壞TMD層。

研究人員設(shè)計(jì)了將薄TMD太陽(yáng)能陣列固定在柔性基板上的轉(zhuǎn)移過(guò)程，據(jù)稱(chēng)這一技術(shù)挑戰(zhàn)相當(dāng)大。其中一個(gè)步驟是將原子厚石墨烯層轉(zhuǎn)移到只有幾微米厚的柔性襯底上。通過(guò)這一復(fù)雜的過(guò)程，使TMD完全嵌入到柔性基板中，從而提高耐用性。研究人員圍繞不到三分之一英寸厚的金屬圓柱體來(lái)彎曲材料，以測(cè)試設(shè)備的靈活性和堅(jiān)固性。

研究人員表示，TMD功能強(qiáng)大、靈活耐用。在太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域，是富有前景的新發(fā)展方向。

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