厚度僅 6 微米、可撓又環保,下一代太陽能生力軍 TMD

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 15 日 17:25 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


因材料特性的關係,我們無法用矽晶太陽能電池打造出又輕又薄的模組,如果想要著朝這個方向前進,只能轉用其他太陽能電池技術,像是史丹佛大學團隊就想以過渡金屬二硫屬化合物 (Transition Metal Dichalcogenide,TMD)打造不一樣的太陽能板。

過渡金屬二硫屬化合物的優勢在於,比起其他太陽能技術,它可以吸收更多的日照,史丹佛大學電機工程博士 Koosha Nassiri Nazif 表示,傳統太陽能板的厚度是過渡金屬二硫屬化合物電池的 15 倍,想像一下我們用這種電池供電無人機,這是 TMD 太陽能電池的承諾。

TMD 太陽能電池的前景光明,但它還在開發階段、只是一隻雛鳥,轉換效率最高僅 2%,相較之下矽晶太陽能轉換效率已接近 30%。電機工程教授 Krishna Saraswat 指出,矽晶太陽能占太陽能市場的 95%,但我們還是需要更輕薄、能彎曲,甚至是更環保的電池。

目前史丹佛大學的已經打造出 5.1% 效率的 TMD 太陽能電池原型,團隊則頗有信心,認為經過光學與機械優化後,效率可以突破 27%;新電池原型的功率重量比(Power-to-weight ratio)也確實多出 100 倍、有所提高,每公克可以發出 4.4 瓦的功率,已經可與其他薄膜太陽能電池媲美,團隊預估理論質極限是每公克 46 瓦。

TMD 太陽能電池的另一個優點則是非常薄且輕盈靈活,不含有毒物質、具生物相容性,不僅環保還能減少材料使用量跟成本,也能製成不規則形狀的太陽能電池,應用在汽車車頂、飛機機翼與無人機上。

史丹佛大學研發的 TMD 電池厚度不到 6 微米,大概要 15 層才會跟一般的紙一樣厚,其中電池包括TMD 二硒化鎢、0.34nm 導電石墨烯、135nm 金層接觸,以及外層的柔軟聚合物跟抗反射塗層,不過這也顯示製造工程滿複雜的,將超薄 TMD 層轉移到可撓材料時,過程往往會損壞 TMD 層。

但無論如何,這也是為下一代再生能源生力軍作準備,團隊認為,強大、靈活且耐用的 TMD 電池是太陽能技術的新方向。

(首圖來源:史丹佛大學