華中科大通過3D打印研發(fā)柔性太陽能電池技術(shù)

雖然特斯拉已經(jīng)在市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位,，但其電動汽車的電力是需要充電來完成的,，而不是自給自足,。而國際上奇思妙想的工程師們正在積極開發(fā)一種新的汽車技術(shù)，使用3D打印的部件,，不僅可以讓一輛汽車自給自足,，而且在晴天的時候可以無限里程的暢弛。其實(shí)在之前南極熊就報(bào)道過多例理工3D打印技術(shù)來提高太陽能轉(zhuǎn)化效率的文章,，美國能源部投220萬美元研發(fā)太陽能3D打印技術(shù)

隨著全球氣候日益惡化,，不可再生能源的持續(xù)消耗，人們對清潔可再生能源的利用迫在眉睫,。太陽能因其清潔,、儲量大，分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注,。對太陽能的利用中,，太陽能電池占據(jù)了很大比例。近年來,，鈣鈦礦電池因其制備技術(shù)簡單,，成本低廉，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢成為了研究熱點(diǎn),。

目前研究的鈣鈦礦電池主要沉積在導(dǎo)電玻璃(FTO,，ITO)上，由于玻璃的易碎性,，大大的限制了鈣鈦礦電池的應(yīng)用,。可穿戴電子設(shè)備的逐漸發(fā)展,，柔性光電子器件研發(fā)受到了人們的重視,。鈣鈦礦電池屬于薄膜電池，其在一定程度上具有彎曲的能力,，因而,，柔性鈣鈦礦電池器件的制備成為可能。

柔性基底一般為有機(jī)聚合物,，其耐熱性能較差,，而在常規(guī)的鈣鈦礦電池中，金屬氧化物界面層需要很高的燒結(jié)溫度(500-600℃),，這個溫度會對柔性基底產(chǎn)生毀滅性的損壞,。另外柔性鈣鈦礦電池常用ITO作為底電極，ITO方塊電阻為10Ω/sq～50Ω/sq,，阻值較大,，對于大面積器件的效率影響較大。

據(jù)南極熊了解國際上也對3D打印技術(shù)進(jìn)行了積極的探索，之前一家澳大利亞的研究機(jī)構(gòu)利用3D打印技術(shù)還開發(fā)出了一種薄如紙張的太陽能電池,，甚至能為一整棟摩天大樓提供能源,。西班牙的Oxolutia公司也研制出了一種全新的光電池：Solar Oxides。Solar Oxides意為太陽能氧化物,，這是一種非常柔性的光伏太陽能電池,，可通過3D打印制造。

將太陽光聚焦在電池陣列上,，賓州州立大學(xué)還發(fā)明了CPV面板,。通過3D打印技術(shù)，總厚度僅有一厘米和它除太陽能電池和布線以外99%的材料都是由丙烯酸類塑料或樹脂玻璃組成的,。然而,，CPV有它的局限性，只適用于有大量陽光直射的區(qū)域,，像美國西南地區(qū),。

麻省理工學(xué)院認(rèn)為3D打印技術(shù)將為太陽能電池技術(shù)帶來變革，不僅僅提高20%的能源效率,，還可以帶來高達(dá)50%的材料節(jié)約,。隨著3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的緊密結(jié)合，我們相信不僅僅是汽車,，更可能是一座大廈的外墻都將實(shí)現(xiàn)能源的自給自足,。

華中科技大學(xué)針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，發(fā)明了柔性鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu),，其目的在于通過采用高電導(dǎo)率的金屬作為底電極取代傳統(tǒng)的導(dǎo)電性較差的ITO,，減小底電極電阻,，使其具備制備大面積器件的潛能,。據(jù)悉，華中科技大學(xué)還通過采用無需高溫加熱的摻雜電子收集層收集電子,，解決了柔性基底耐熱性差的難題,。

華中科技大學(xué)的柔性鈣鈦礦太陽能電池由柔性基底、金屬底電極,、摻雜電子收集層,、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和透明導(dǎo)電高分子頂電極組成,。其中金屬底電極為通過磁控濺射,、熱蒸發(fā)、噴涂或3D打印方法沉積的金屬材料,。這種電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽光下,，效率達(dá)到11％；彎折性能強(qiáng)，在半徑為10mm的曲率下,，彎折1000次以上,，電池性能衰減很小。

華中科技大學(xué)的柔性鈣鈦礦太陽能電池可以應(yīng)用在曲面墻壁,，汽車頂端等不能用剛性材料的發(fā)電裝置上,，能夠在不影響器件性能的情況下彎曲。讓汽車實(shí)現(xiàn)晴天無限里程的暢弛,？我們離這樣的夢想更近了,。

來源：3d科學(xué)谷
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