基于紡織品的太陽能電池：應(yīng)用前景廣闊

:導(dǎo)讀：據(jù)德國弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)官網(wǎng)近日報(bào)道，弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)與其他研究機(jī)構(gòu)以及工業(yè)合作伙伴的研究人員合作開發(fā)出基于紡織品的新型太陽能電池。這種基于紡織品的太陽能電池不久將為光伏發(fā)電增加一個(gè)全新的維度，彌補(bǔ)傳統(tǒng)硅基太陽能電池用途的不足。

（來源：微信公眾號(hào)“IntelligentThings”作者：John Zhang）

背景

如今，建筑頂部的太陽能面板已經(jīng)非常普遍，大規(guī)模的太陽能發(fā)電園區(qū)也是如此。

未來，我們也許會(huì)看到其他的表面被開發(fā)用于光伏發(fā)電。例如，我們不妨想象一下，大卡車?yán)门癫疾杉柲?，為其?dòng)力系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)或者其他車載設(shè)備供電。類似地，傳統(tǒng)的建筑立面也可以覆蓋光伏紡織品，從而取代混凝土抹面。或者是窗簾，它可以覆蓋建筑物的玻璃立面產(chǎn)生陰涼，也可以制造出數(shù)百平方米的額外表面來發(fā)電。

創(chuàng)新

德國弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)和系統(tǒng)研究所（Fraunhofer IKTS）、弗勞恩霍夫電子納米系統(tǒng)研究所（Fraunhofer ENAS）、薩克森州紡織研究中心以及工業(yè)合作伙伴（erfal公司、PONGS技術(shù)紡織品公司、 Paul Rauschert公司、GILLES PLANEN公司）合作開發(fā)的基于紡織品的柔性太陽能電池，成為了實(shí)現(xiàn)上述愿景的核心部分。

技術(shù)

弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)和系統(tǒng)研究所系統(tǒng)集成與電子封裝部門主管 Lars Rebenklau 博士表示：“許多工藝都可以將太陽能電池融入到紡織品涂層中。”換句話說，這些太陽能電池的基底是紡織品，而不是通常使用的玻璃或者硅。

Jonas Sundqvist博士與紡織品基太陽能電池原型（來源：Fraunhofer IKTS）

弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)和系統(tǒng)研究所薄膜技術(shù)部門主管 Jonas Sundqvist 博士解釋道：“這聽上去似乎很容易，但是紡織工業(yè)中的機(jī)器已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于處理大卷的織物（寬五六米，長達(dá)千米）。并且在涂布工藝中，織物必須承受約200攝氏度的高溫。其他因素也扮演了關(guān)鍵角色，織物必須滿足防火規(guī)范，具有很大的抗拉強(qiáng)度，且可以廉價(jià)地生產(chǎn)。”Rebenklau 表示：“因此，協(xié)會(huì)選擇了玻璃纖維織物，它可以滿足所有這些規(guī)范?！?/p>

研究人員也面臨如何將組成太陽能電池（底部電極、光伏層和頂部電極）的晶圓級薄層應(yīng)用到織物上。這些層的厚度介于1微米與10微米之間。通過對比，織物的表面就像山脈。解決方案就是，首先施加一層讓織物表面的峰和谷變平。為此，研究人員采用了一種來自紡織工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝：轉(zhuǎn)移印花，這個(gè)方法也用于為織物涂上橡膠。所有其他的工藝都被改變，以便簡單地融入紡織工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方法。例如，由導(dǎo)電聚酯纖維組成的兩個(gè)電極以及光伏層，是通過常見的卷對卷工藝施加的。太陽能電池也粘合了一層額外的保護(hù)層，從而使其更結(jié)實(shí)。

用于生產(chǎn)功能化紡織品的化學(xué)氣相沉積（CVD）涂覆設(shè)備。（圖片來源：Fraunhofer IKTS）

價(jià)值

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制造出初始原型。Rebenklau 表示：“這樣已經(jīng)展示了基于紡織品太陽能電池的基本功能。目前，他們的效率在0.1%到0.3%之間?！痹谝粋€(gè)后續(xù)項(xiàng)目中，他和團(tuán)隊(duì)都在尋求方法使效率超過5%。達(dá)到這個(gè)效率時(shí)，基于紡織品的太陽能電池將是商業(yè)上可行的。硅基太陽能電池的效率要高得多，在10%到20%之間。然而，這種新型太陽能電池不僅是要取代傳統(tǒng)的太陽能電池，而僅僅是為特定應(yīng)用提供一種選擇。

在未來幾個(gè)月中，團(tuán)隊(duì)將研究改善基于織物的太陽能電池使用壽命的方法。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，首個(gè)基于織物的太陽能電池大約在五年內(nèi)就可以商業(yè)化。這將完成 PhotoTex 項(xiàng)目起初的目標(biāo)，為德國紡織工業(yè)注入新動(dòng)力，并增加其競爭力。