轻巧,弯曲,便宜–有机太阳能电池板的承诺| 地平线杂志

我们在家庭和企业中看到的标准太阳能电池板是由晶体硅制成的。 这些刚性光伏(PV)面板将光转换为电能。

它们每平方米重20至30公斤,因此无法轻松地放置在所有建筑物的屋顶或外墙上。 但是,对于硅PV来说,还有另一种更灵活的竞争者。

欧洲的研究人员正在研究有机光伏(OPV)技术,而不是硅。 有机物只是意味着含碳分子,而OPV可以被认为是塑料太阳能电池。 与硅基太阳能电池板相比,它们具有优势。

美国普林斯顿大学的理论物理学家Francesca Fassioli博士说:“它们的制造工艺(可能会)更便宜,更轻巧,在结构上具有灵活性,并且原则上可以更加环保。”

塑料太阳能电池板每平方米的重量约为500克-重量是硅太阳能电池板的40倍以上。 塑料面板可以连接到建筑物的正面,也可以放置在可能难以安全支撑标准太阳能电池板的建筑物屋顶上。 有机太阳能电池也比硅太阳能电池薄得多,可节省大量材料,对环境有利。

从理论上讲,塑料太阳能电池也应该更容易制造。 总部位于法国南特的工程公司Armor的研究,开发和创新经理Damien Hau表示:“硅技术和OPV之间的主要区别在于,我们能够将其印刷或涂布为薄膜。

该公司去年推出的首批此类产品之一已安装在南特附近的商业温室上,以提供遮阳并发电。 Armor最近收购了一家德国公司Opvius,该公司专门设计可用于建筑装饰的异型塑料太阳能电池板。

有机PV的厚度可以薄至几毫米,并且可以放置在塑料聚酯薄膜上。

Armor制造了可以安装在窗玻璃内的薄型半透明OPV,这样办公室窗户就可以在将太阳光转化为电能的同时过滤掉一些阳光。

包含有机太阳能电池的薄膜意味着它们可以集成到长凳等日常物品中。 图片来源-ARMOR

另类

尽管大多数标准太阳能电池板是进口的,但塑料太阳能电池板是一种新技术,欧洲公司可以将其替代。

如今,全球将近90%的光伏面板是由晶体硅制成的,这是几十年来市场上的一项成熟技术。 通常,它们可以将太阳光中18%到22%的能量转换为电能。

有机光伏面板是一种较新的技术,其缺点是效率较低和生产成本较高,部分原因是目前它是一个很小的行业。

Hau说,这是我们的新项目BOOSTER正在努力解决的两个问题。 该联盟将研究最佳的光收集分子,目前在实验室中其效率可达到17%。 标准面板每平方米产生150至200瓦,而商用OPV每平方米产生40瓦。 BOOSTER的目标是使功率达到150瓦。

它还将推动降低塑料太阳能电池板的生产成本。 作为一种较新的技术,某些组件不是为这些太阳能电池板设计的,而是从其他设备中提取的。

例如,作为一种有机材料,塑料太阳能电池板需要屏蔽紫外线。 今天,使用的薄膜不必要地昂贵。 这是因为开发它是为了保护有机发光二极管(OLED)屏幕,该屏幕在高端电视中需要完美的薄膜。

“(有机太阳能电池)重量轻,在结构上具有灵活性,原则上可以更加环保。”

美国普林斯顿大学Francesca Fassioli博士

Hau解释说:“我们不需要相同质量的产品来阻挡OPV技术。” 专门为塑料太阳能电池板设计的新薄膜可能便宜得多,但仍能完成工作。

由公司和学术合作伙伴组成的项目联盟将制作两个演示产品。 首先,可以粘贴在门,地板,汽车或屋顶上的粘贴式太阳能电池板。 Hau说,这是证明还有另一种方法来制造太阳能电池板。 粘性光收集材料将安装在意大利罗马的能源公司ENI的总部。

第二个演示产品将看到塑料太阳能面板贴在纺织品上,这种纺织品通常覆盖正在装修的建筑物。 该项目的合作伙伴将把它安装在德国纽伦堡的一所大学建筑中。

播种

尽管这里的研究人员希望他们在有机光伏上的努力将在不久的将来取得商业成果,但其他科学家正在为太阳能的未来发展埋下种子。 理论物理学家Fassioli博士就是这种情况,他很快将加入意大利的里雅斯特SISSA的Stefano Baroni教授小组。

理论物理学家使用数学模型和理论来解释我们周围的世界,然后将这些思想在其他人的实验中进行检验。 用观念,笔和纸彻底革新物理学的爱因斯坦(Albert Einstein)也许是最著名的理论物理学家。

因此,在她的QuESt项目中,Fassioli博士将不会处理原型太阳能电池板,而是研究有机分子如何与光相互作用的基础知识,以提高有机太阳能电池的功率转换效率。

法西奥利博士说,这不是在创造新分子,而是在以更聪明的方式使用典型分子。

为简化起见,在太阳能电池板上,光被分子激发而吸收并释放出电子,从而产生电流。

Fassioli博士考虑了光腔如何捕获光粒子。 光腔主要由两个显微镜组成,以捕获光粒子(光子)。 如果将材料放置在光学腔体内,则光子会在该材料和腔体之间连续交换,这将导致新的混合状态。

奇怪的混合体(称为极化子)由光和物质组成。 该现象涉及量子物理学,因此看起来似乎违反直觉,甚至很奇怪。

Fassioli博士说,这种杂合态“可能涉及成千上万个分子,因此这些分子不再表现出独立性,但它们通过与光腔中的光耦合而变得同步”。

她的项目将产生有关物质与光的相互作用的科学出版物和新知识和新想法。 Fassioli博士解释说:“我们认为可以利用激发分子的这种同步集体行为来提高光伏发电效率。”

Fassioli博士指出:“从了解机制的角度出发,这是一种自下而上的方法,可以改变有机太阳能电池的特性,而不是立即将其用于商业应用。” 但是希望这项工作将在未来几年中改进有机太阳能电池,以便它们将更多的太阳光转化为电能。

本文中的研究由欧盟资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。


This article – “轻巧,弯曲,便宜–有机太阳能电池板的承诺| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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