MIT推动太阳能电池轻薄设计新方向

美国麻省理工学院（MIT）的研究人员们正致力于打造出世界上最轻薄的太阳能电池设计，并期望以此推动太阳能电池研究的另一个新发展方向。

根据研究人员们表示，尽管目前的太阳能电池设计多半追求以最低的成本实现高转换效率，然而却常忽略了在轻薄尺寸方面的要求。然而，对于移动电子设备而言，轻与薄一向是最主要的设计目标，而太阳能电池设计一向强调的是高转换效率。

如今，根据MIT表示，既轻且薄的太阳能电池设计，在航空、太空等应用以及运输成本高的偏远地区已经越来越受欢迎了。未来，随着材料变得越来越稀少，采用超轻薄太阳能电池可实现对于自然资源的保护，甚至能降低安装成本。

MIT教授Jeffrey Grossman：“至于如何才可能成为最薄的太阳电池呢？我们的预测是只用两层材料的电池设计。”Jeffrey Grossman与博士后研究员Marco Bernardi，以及罗马大学客座研究员Maurizia Palummo共同合作进行这项研究。

Grossman进一步解释，“目前的确有许多应用都必须考虑到重量，因此尽可能采用最薄的主动层材料以及最小化封装，从而带来更薄、更耐用的基板，那么最终将改变整个安装方式。此外，这还大助于解决一个核心问题：我们究竟能从特定材料的每个原子或键结中省下多少功耗？”

MIT研究人员用电脑模拟各种不同材料，以期找到最轻薄的太阳能电池组合。（来源：MIT）

MIT估计，其超薄型太阳能电池薄膜──基本上是厚度约1纳米的 2D 薄层──比传统太阳能电池更节能1，000倍以上。但其缺点是效率较低，且需要较现有太阳能电池更多10倍的面积，才能产生相同量的能量，因为超薄太阳能电池效率约为2%，而传统太阳能电池（PC）则可实现高达20%的效率。然而，研究人员已经计划采用堆叠超薄2D太阳能电池的层状结构，以提高其效率。

Grossman说：“我们预测的两层堆叠可能达到1-2%的效率，但当然也可能堆叠到两层以上，因而能提高效率。由2D材料製作的电池效率应该也能达到像目前‘传统’PV约10-20%的效率。”

研究人员们仍在模拟原型设计所用的超薄太阳能电池材料。透过精密的模拟过程，各种拓扑结构的层叠片材使用了原子石墨烯薄膜、二硫化钼与二硒化物。这些设计的优点在于不仅较传统太阳能电池更具轻薄的优势，同时也不受氧化、紫外线辐射和环境中水分的影响──这叁者通常是传统太阳能电池长期稳定性的杀手。此外，相较于传统PV安装，由于新式超薄设计不需采用玻璃罩或冷却安装，因而可节省一半以上的成本。

Bernardi说：“超轻薄太阳能电池可望降低安装成本。目前基于硅晶的太阳能电池模组已经很重了，加上保护玻璃后更重。目前太阳能电池阵列占整个安装成本的60%，主要都是由于重量造成的。因此，为了实现更轻的太阳能电池，我们期望能找到一种超轻薄的机械可挠性材料，使其可用塑料封装来取代玻璃材料，以便为太阳能电池安装建立新方向。”

相较于传统太阳能电池，超薄太阳能电池的材料成本可望大幅降低。但研究人员还未能在实验室中建立这一原型，因而也无法让材料实现量产。接下来，研究人员们打算开始在实验室针对各种不同的材料配方与堆叠结构测量其效率与长期稳定性。

作者R. Colin Johnson  编译：Susan Hong