华中科大的使用3D打印技术研发柔性太阳能电池技术
2017-02-08 11:28:38
作者：本网整理 来源：3D科学谷
虽然特斯拉已经在市场上占据了主导地位，但其电动汽车的电力是需要充电来完成的，而不是自给自足。而国际上奇思妙想的工程师们正在积极开发一种新的汽车技术，使用3D打印的部件，不仅可以让一辆汽车自给自足，而且在晴天的时候可以无限里程的畅弛。其实在之前南极熊就报道过多例理工3D打印技术来提高太阳能转化效率的文章，美国能源部投220万美元研发太阳能3D打印技术。
随着全球气候日益恶化，不可再生能源的持续消耗，人们对清洁可再生能源的利用迫在眉睫。太阳能因其清洁、储量大，分布广泛等优点备受关注。对太阳能的利用中，太阳能电池占据了很大比例。近年来，钙钛矿电池因其制备技术简单，成本低廉，转换效率高等优势成为了研究热点。
目前研究的钙钛矿电池主要沉积在导电玻璃（FTO，ITO）上，由于玻璃的易碎性，大大的限制了钙钛矿电池的应用。可穿戴电子设备的逐渐发展，柔性光电子器件研发受到了人们的重视。钙钛矿电池属于薄膜电池，其在一定程度上具有弯曲的能力，因而，柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能。
柔性基底一般为有机聚合物，其耐热性能较差，而在常规的钙钛矿电池中，金属氧化物界面层需要很高的烧结温度（500-600℃），这个温度会对柔性基底产生毁灭性的损坏。另外柔性钙钛矿电池常用ITO作为底电极，ITO方块电阻为10Ω/sq～50Ω/sq，阻值较大，对于大面积器件的效率影响较大。
据南极熊了解国际上也对3D打印技术进行了积极的探索，之前一家澳大利亚的研究机构利用3D打印技术还开发出了一种薄如纸张的太阳能电池，甚至能为一整栋摩天大楼提供能源。西班牙的Oxolutia公司也研制出了一种全新的光电池：Solar Oxides。Solar Oxides意为太阳能氧化物，这是一种非常柔性的光伏太阳能电池，可通过3D打印制造。
将太阳光聚焦在电池阵列上，宾州州立大学还发明了CPV面板。通过3D打印技术，总厚度仅有一厘米和它除太阳能电池和布线以外99%的材料都是由丙烯酸类塑料或树脂玻璃组成的。然而，CPV有它的局限性，只适用于有大量阳光直射的区域，像美国西南地区。
麻省理工学院认为3D打印技术将为太阳能电池技术带来变革，不仅仅提高20%的能源效率，还可以带来高达50%的材料节约。随着3D打印技术与传统制造技术的紧密结合，我们相信不仅仅是汽车，更可能是一座大厦的外墙都将实现能源的自给自足。
华中科技大学针对现有技术的以上缺陷或改进需求，发明了柔性钙钛矿太阳能电池的结构，其目的在于通过采用高电导率的金属作为底电极取代传统的导电性较差的ITO，减小底电极电阻，使其具备制备大面积器件的潜能。据悉，华中科技大学还通过采用无需高温加热的掺杂电子收集层收集电子，解决了柔性基底耐热性差的难题。
华中科技大学的柔性钙钛矿太阳能电池由柔性基底、金属底电极、掺杂电子收集层、钙钛矿层、空穴传输层和透明导电高分子顶电极组成。其中金属底电极为通过磁控溅射、热蒸发、喷涂或3D打印方法沉积的金属材料。这种电池在标准太阳光下，效率达到11％；弯折性能强，在半径为10mm的曲率下，弯折1000次以上，电池性能衰减很小。
华中科技大学的柔性钙钛矿太阳能电池可以应用在曲面墙壁，汽车顶端等不能用刚性材料的发电装置上，能够在不影响器件性能的情况下弯曲。让汽车实现晴天无限里程的畅弛？我们离这样的梦想更近了。
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