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。其實在之前南極熊就報道過多例理工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。

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(yīng)用�？纱┐麟娮釉O(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)進行了積極的探索，之前一家澳大利亞的研究機構(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)。

麻省理工學院認為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現(xiàn)能源的自給自足。

華中科技大學針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，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率的金屬作為底電極取代傳統(tǒng)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(jù)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(fā)、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(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科學谷
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美國能源部投220萬美元研發(fā)太陽能3D打印技術(shù)