让新一代的太阳能面板变得更加可持续、更加便宜

导读

据英国华威大学官网近日报道，该校化学系的科学家们开发出一种刻画金属的创新方法，这种方法将让新一代的太阳能面板变得更加可持续、更加便宜。

背景

现代电子器件与太阳能电池中，银和铜是广泛使用的导体。然而，刻画这些金属制备我们所期望的导线图案的传统方法，是基于使用有害化学物质通过蚀刻从膜上选择性地去除金属，或者通过金属油墨印刷而成。

创新

华威大学化学系的科学家们开发出一种刻画这些金属的新方法，这种方法对于大规模生产来说有可能更加可持续、更加便宜，因为没有金属废料，也不会使用有毒化学物质，并且这种制造方法也兼容持续的卷对卷（roll-to-roll）制程。

采用这种新技术的图案化金属示例（图片来源：华威大学）

这项研究的论文标题为“通过冷凝系数调制选择性沉积银与铜薄膜（elective deposition of silver and copper films by condensation coefficient modulation）”，于8月13日作为高级论文发表在《Materials Horizons》期刊上。

多亏了来自英国工程与自然科学研究委员会的115万英镑的资助，罗斯·哈顿（Ross Hatton）博士与西尔维娅·瓦拉尼奥洛（Silvia Varagnolo）博士才通过研究发现，当银和铜通过简单的热蒸镀法沉积时，这些金属不会在某些极薄的高氟有机化合物薄膜上冷凝。

从左到右：罗斯·哈顿博士、西尔维娅·瓦拉尼奥洛博士、李杰明博士。（图来源：华威大学）

技术

热蒸镀法已经大规模地广泛应用于在炸薯片包装内部大规模地制造超薄金属膜，而有机氟化合物已经普遍地应用于不粘锅。

研究人员们展示了有机氟层只需要亿分之一米的厚度就能生效，因此需要的量非常少。

这种非传统的方法也使金属表面不会受到污染，哈顿认为这一点对于新一代传感器来说特别重要，因为这些传感器需要未经污染的图案化金属薄膜作为平台，使传感分子附着在其上。

为了帮助解决气候变化带来的挑战，我们需要色彩可调、柔性、轻量、可低成本制造的太阳能电池，特别是应用在传统刚性硅太阳能电池不适合应用的场景，例如在电动汽车中，以及建筑物上的半透明太阳能电池。

基于有机、钙钛矿或者纳米晶体半导体薄膜的太阳能电池都有潜力满足这一需求，尽管它们都需要低成本、柔性、透明的电极。哈顿及其团队采用他们的方法制造出半透明的有机太阳能电池，其中的顶部银电极每平方厘米上刻有数百万个小孔，这一效果无法通过任何其他的可扩展方案直接在有机电子器件的顶部实现。

价值

华威大学化学系的哈顿博士评论道：“这项创新使我们可以实现真正柔性透明电极的梦想，这种电极可以可满足新生代薄膜太阳能电池的要求，也具有大量的其他潜在应用，从传感器到低辐射玻璃。”

罗斯·哈顿博士在检查图案（图来源：华威大学）