雖然特斯拉已經(jīng)在市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位,但其電動(dòng)汽車(chē)的電力是需要充電來(lái)完成的,而不是自給自足。而國(guó)際上奇思妙想的工程師們正在積極開(kāi)發(fā)一種新的汽車(chē)技術(shù),使用3D打印的部件,不僅可以讓一輛汽車(chē)自給自足,而且在晴天的時(shí)候可以無(wú)限里程的暢弛。其實(shí)在之前南極熊就報(bào)道過(guò)多例理工3D打印技術(shù)來(lái)提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率的文章,美國(guó)能源部投220萬(wàn)美元研發(fā)太陽(yáng)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(duì)清潔可再生能源的利用迫在眉睫。太陽(yáng)能因其清潔、儲(chǔ)量大,分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。對(duì)太陽(yáng)能的利用中,太陽(yáng)能電池占據(jù)了很大比例。近年來(lái),鈣鈦礦電池因其制備技術(shù)簡(jiǎn)單,成本低廉,轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)成為了研究熱點(diǎn)。
目前研究的鈣鈦礦電池主要沉積在導(dǎo)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。可穿戴電子設(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(jī)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(gè)溫度會(huì)對(duì)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(duì)于大面積器件的效率影響較大。
據(jù)南極熊了解國(guó)際上也對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行了積極的探索,之前一家澳大利亞的研究機(jī)構(gòu)利用3D打印技術(shù)還開(kāi)發(fā)出了一種薄如紙張的太陽(yáng)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(yáng)能氧化物,這是一種非常柔性的光伏太陽(yáng)能電池,可通過(guò)3D打印制造。
將太陽(yáng)光聚焦在電池陣列上,賓州州立大學(xué)還發(fā)明了CPV面板。通過(guò)3D打印技術(shù),總厚度僅有一厘米和它除太陽(yáng)能電池和布線以外99%的材料都是由丙烯酸類(lèi)塑料或樹(shù)脂玻璃組成的。然而,CPV有它的局限性,只適用于有大量陽(yáng)光直射的區(qū)域,像美國(guó)西南地區(qū)。
麻省理工學(xué)院認(rèn)為3D打印技術(shù)將為太陽(yáng)能電池技術(shù)帶來(lái)變革,不僅僅提高20%的能源效率,還可以帶來(lái)高達(dá)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(chē),更可能是一座大廈的外墻都將實(shí)現(xiàn)能源的自給自足。
華中科技大學(xué)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求,發(fā)明了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu),其目的在于通過(guò)采用高電導(dǎo)率的金屬作為底電極取代傳統(tǒng)的導(dǎo)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(xué)還通過(guò)采用無(wú)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(xué)的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)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(dǎo)電高分子頂電極組成。其中金屬底電極為通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下,效率達(dá)到11%;彎折性能強(qiáng),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(xué)的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以應(yīng)用在曲面墻壁,汽車(chē)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(chē)實(shí)現(xiàn)晴天無(wú)限里程的暢弛?我們離這樣的夢(mèng)想更近