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華中科大的使用3D打印技術研發柔性太陽能電池技術

2017-02-08 11:28:38 作者：本網整理來源：3D科學谷分享至：

雖然特斯拉已經在市場上占據了主導地位，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一種新的汽車技術，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。其實在之前南極熊就報道過多例理工3D打印技術來提高太陽能轉化效率的文章，美國能源部投220萬美元研發太陽能3D打印技術。

隨著全球氣候日益惡化，不可再生能源的持續消耗，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，分布廣泛等優點備受關注。對太陽能的利用中，太陽能電池占據了很大比例。近年來，鈣鈦礦電池因其制備技術簡單，成本低廉，轉換效率高等優勢成為了研究熱點。

目前研究的鈣鈦礦電池主要沉積在導電玻璃（FTO，ITO）上，由于玻璃的易碎性，大大的限制了鈣鈦礦電池的應用。可穿戴電子設備的逐漸發展，柔性光電子器件研發受到了人們的重視。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聚合物，其耐熱性能較差，而在常規的鈣鈦礦電池中，金屬氧化物界面層需要很高的燒結溫度（500-600℃），這個溫度會對柔性基底產生毀滅性的損壞。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。

據南極熊了解國際上也對3D打印技術進行了積極的探索，之前一家澳大利亞的研究機構利用3D打印技術還開發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，賓州州立大學還發明了CPV面板。通過3D打印技術，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域，像美國西南地區。

麻省理工學院認為3D打印技術將為太陽能電池技術帶來變革，不僅僅提高20%的能源效率，還可以帶來高達50%的材料節約。隨著3D打印技術與傳統制造技術的緊密結合，我們相信不僅僅是汽車，更可能是一座大廈的外墻都將實現能源的自給自足。

華中科技大學針對現有技術的以上缺陷或改進需求，發明了柔性鈣鈦礦太陽能電池的結構，其目的在于通過采用高電導率的金屬作為底電極取代傳統的導電性較差的ITO，減小底電極電阻，使其具備制備大面積器件的潛能。據悉，華中科技大學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、噴涂或3D打印方法沉積的金屬材料。這種電池在標準太陽光下，效率達到11％；彎折性能強，在半徑為10mm的曲率下，彎折1000次以上，電池性能衰減很小。

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

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責任編輯：汪玉玲

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