太阳能工程领域正在进行一场竞赛，以制造几乎不可能的薄而灵活的太阳能电池板。工程师们设想将它们用于移动应用，从自供电的可穿戴设备和传感器到轻型飞机和电动汽车。在这种背景下，斯坦福大学的研究人员在一组有前途2022世界杯决赛竞猜的光伏材料上取得了创纪录的效率，安德鲁·迈尔斯在一篇发表在双周刊上的文章中写道斯坦福科学文摘．
这些过渡金属二硫族化合物(tmd)的主要好处之一是，与其他金属相比，它们能吸收照射在其表面的超高水平的阳光太阳能材料．
斯坦福大学(Stanford University)电气工程博士学者库沙·纳西里·纳齐夫(Koosha Nassiri Nazif)说:“想象一下，一架自动驾驶无人机的机翼上有一个比一张纸薄15倍的太阳能电池阵列，为自己提供动力。”纳齐夫是发表在12月9日版《自然通讯》(Nature Communications)上的一项研究的共同主要作者。“这就是tmd的承诺。”
寻找新材料是必要的，因为目前太阳能材料之王硅太重、太笨重、太坚硬，不适用于要求灵活性、轻量化和高功率的应用领域，比如可穿戴设备和传感器、航空航天和电动汽车。
“硅占95%太阳能市场今天，但它远非完美。我们需要更轻、可弯曲、更环保的新材料，”电子工程教授、该论文的资深作者克里希纳·萨拉斯瓦特(Krishna Saraswat)说。
一个有竞争力的选择
虽然tmd有很大的希望，但迄今为止的研究实验很难将它们吸收的22022世界杯决赛竞猜%以上的阳光转化为电能。对于硅太阳能电池板，这个数字接近30%。为了得到广泛使用，tmd必须缩小这一差距。
斯坦福大学的新样机实现了5.1%的功率转换效率，但作者预计，通过光学和电气优化，他们实际上可以达到27%的效率。这个数字将与目前市场上最好的太阳能电池板(包括硅)相当。
此外，该原型实现了比目前开发的任何tmd高100倍的功率重量比。这一比例对于无人机、电动汽车等移动应用以及在移动中为探险设备充电的能力非常重要。当观察具体的功率——太阳能电池每单位重量输出的电能的测量——这个原型每克产生4.4瓦，这个数字与当今其他的薄膜太阳能电池，包括其他实验原型相竞争。
“我们认为我们可以通过优化将这个关键的比率再提高十倍，”萨拉斯瓦特说，并补充说，他们估计TMD电池的实际极限是每克46瓦。
额外的优势
然而，TMD太阳能电池最大的优点是其超薄，这不仅使材料使用量和成本降至最低，而且使TMD太阳能电池重量轻、灵活，能够被塑造成不规则的形状——汽车车顶、飞机机翼或人体。斯坦福大学的研究小组能够制造出只有几百纳米厚的有源阵列。该阵列包括光电TMD二硒化钨和金的触点，触点由一层只有一个原子厚的导电石墨烯覆盖。所有这些都被夹在柔软的皮肤状聚合物和增强光吸收的抗反射涂层之间。
完全组装后，TMD电池的厚度不到6微米，大约相当于一个轻型办公室垃圾袋的厚度。需要15层才能达到一张纸的厚度。
虽然薄、轻和灵活都是非常理想的目标，但tmd还具有其他工程优势。它们长期稳定可靠。与薄膜王冠的其他挑战者不同，tmd不含有毒化学物质。它们还具有生物相容性，因此可以用于需要直接接触人体皮肤或组织的可穿戴应用。
光明的未来
tmd的许多优点被某些缺点所抵消，主要是在大规模生产的工程复杂性中。将超薄TMD层转移到柔性支撑材料的过程通常会损坏TMD层。
Alwin Daus与Nassiri Nazif是这项研究的共同主要作者，他设计了将薄型TMD太阳能电池阵列固定在柔性衬底上的转移过程。他说这项技术挑战是相当大的。其中一个步骤是将原子薄的石墨烯层转移到只有几微米厚的柔性衬底上，Daus解释说，他是斯坦福大学埃里克·波普研究小组的博士后学者，当时进行了这项研究。2022世界杯决赛竞猜他现在是德国亚琛工业大学的高级研究员。2022世界杯决赛竞猜
这种复杂的工艺导致TMD完全嵌入柔性基板，从而提高耐用性。研究人员2022世界杯决赛竞猜通过将他们的设备弯曲在不到三分之一英寸厚的金属圆柱体上来测试其灵活性和坚固性。
“强大，灵活和耐用，tmd是太阳能技术的一个有前途的新方向，”纳西里·纳齐夫总结道。
