太陽能薄膜電池設計新方式！3D打印支架將提升其轉換效率

魔猴君  行業資訊   2203天前

根據 MaterialsViews，為了解決日益嚴峻的能源和環境問題，人們把目光投向了新能源的開發和利用上。在各種新能源技術中，光伏發電無疑是最具有前景的方向之一。傳統的硅基太陽能電池雖然實現了產業化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統能源相競爭，并且制造過程中的污染和能耗問題影響了其廣泛應用。因此，研究和發展高效率、低成本的新型太陽能電池十分必要。在眾多的新型太陽能電池里，鈣鈦礦薄膜太陽能電池脫穎而出，吸引了眾多科研工作者的關注，還被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。

斯坦福大學材料科學與工程系的研究團隊開展了鈣鈦礦薄膜太陽能電池領域的研究，他們對現有技術設備的斷裂分析表明，鈣鈦礦有源層和相鄰載流子選擇性接觸都是機械脆弱的 。這將嚴重影響太陽能電池的熱機械可靠性和使用壽命該，也是這一太陽能電池技術走向成熟的主要障礙。針對上述問題，斯坦福大學研究團隊采用新的思路設計鈣鈦礦薄膜太陽能電池，即復合太陽能電池（CSC）。復合太陽能電池內部的支架，解決了這些材料的內在脆弱性。

日前美國加州3D打印初創企業T3DP稱，通過其專利的 “體積式3D打印技術/volumetric 3D printing ”，能夠制造鈣鈦礦太陽能電池所需的內部支架。這一應用與斯坦福大學復合太陽能電池的設計方式有著類似之處，斯坦福大學有關復合太陽能電池的思路對其將3D打印應用擴展到新的視野非常有幫助。

斯坦福大學復合太陽能電池研究團隊對研究成果的總結是，內部支架有效地將傳統的單片平面太陽能電池分隔成尺寸可伸縮且機械屏蔽的單個鈣鈦礦電池陣列，其由周圍的支架橫向封裝并通過前電極和后電極并聯連接。

復合太陽能電池表現出顯著增加的~13Jm-2的斷裂能 。這一數據比先前報道的平面鈣鈦礦（~0.4Jm-2）增加30倍 ，同時保持與平面裝置相當的效率。值得注意的是，在支架內形成的微電池的效率在面積得到調節的基礎上與平面裝置相當。這一發展是展示堅固的鈣鈦礦太陽能電池的重要一步，以實現與c-Si，CIGS和CdTe太陽能電池相比更高的可靠性和使用壽命。

T3DP 正在開展一項3D打印應用與上述太陽能電池的設計思路有著相似之處。根據該技術的主要發明者丹尼爾·克拉克的描述，鈣鈦礦是具有超導特性的鈣鈦氧化物晶體, 近年來這種材料引起了很多人的關注。鈣鈦礦太陽能電池屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。然而，由于鈣鈦礦的脆性，使得鈣鈦礦材料的制造難度非常大。由于鈣鈦礦與食鹽有些相似，因此它需要支架將將其固定在適當的位置以保持穩定。

T3DP 在設計太陽能電池支架時采用了仿生學思路，靈感來自于蒼蠅的眼睛。3D打印鍍銅支架為六角型，類似于蠅眼的結構，電力可以通過支架直接傳導，形成真正分散的太陽能設計，并行地規劃電力。

目前在工業中使用的集中式太陽能電池板是串聯的，類似于一串圣誕燈，當一個燈泡熄滅時，整個燈停止工作。但是集成3D打印支架的太陽能電池則不存在這個問題，在3D打印支架的保護下，每個子區都是分散獨立工作的。

按此方法布置太陽能電池子區時，相同面積上可以使用雙倍的太陽能材料，從而實現36％的太陽能電池板轉換效率。根據3D科學谷的市場觀察，目前這一設計已獲得了加州智能太陽能解決方案提供商Infinity Energy的認可。

T3DP的目標是將3D打印的六角型支架融入于太陽能薄膜電池中，如果成功的話，將可獲得50％的轉換效率。

文章轉自網絡

來源：中國3D打印網