基於紡織品的太陽能電池：應用前景廣闊

導讀

據德國弗勞恩霍夫協會官網近日報道，弗勞恩霍夫協會與其他研究機構以及工業合作夥伴的研究人員合作開發出基於紡織品的新型太陽能電池。這種基於紡織品的太陽能電池不久將為光伏發電增加一個全新的維度，彌補傳統硅基太陽能電池用途的不足。

背景

如今，建築頂部的太陽能面板已經非常普遍，大規模的太陽能發電園區也是如此。

（圖片來源：維基百科）

未來，我們也許會看到其他的表面被開發用於光伏發電。例如，我們不妨想像一下，大卡車利用篷布採集太陽能，為其動力系統、製冷系統或者其他車載設備供電。類似地，傳統的建築立面也可以覆蓋光伏紡織品，從而取代混凝土抹面。或者是窗帘，它可以覆蓋建築物的玻璃立面產生陰涼，也可以製造出數百平方米的額外表面來發電。

創新

德國弗勞恩霍夫陶瓷技術和系統研究所（Fraunhofer IKTS）、弗勞恩霍夫電子納米系統研究所（Fraunhofer ENAS）、薩克森州紡織研究中心以及工業合作夥伴（erfal公司、PONGS技術紡織品公司、 Paul Rauschert公司、GILLES PLANEN公司）合作開發的基於紡織品的柔性太陽能電池，成為了實現上述願景的核心部分。

技術

弗勞恩霍夫陶瓷技術和系統研究所系統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塗層中。」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和系統研究所薄膜技術部門主管 Jonas Sundqvist 博士解釋道：「這聽上去似乎很容易，但是紡織工業中的機器已經被設計用於處理大卷的織物（寬五六米，長達千米）。並且在塗布工藝中，織物必須承受約200攝氏度的高溫。其他因素也扮演了關鍵角色，織物必須滿足防火規範，具有很大的抗拉強度，且可以廉價地生產。」Rebenklau 表示：「因此，協會選擇了玻璃纖維織物，它可以滿足所有這些規範。」

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）的晶圓級薄層應用到織物上。這些層的厚度介於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，研究人員採用了一種來自紡織工業標準工藝：轉移印花，這個方法也用於為織物塗上橡膠。所有其他的工藝都被改變，以便簡單地融入紡織工業的標準生產方法。例如，由導電聚酯纖維組成的兩個電極以及光伏層，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層，從而使其更結實。

用於生產功能化紡織品的化學氣相沉積（CVD）塗覆設備。（圖片來源：Fraunhofer IKTS）

價值

研究團隊已經製造出初始原型。Rebenklau 表示：「這樣已經展示了基於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。」在一個後續項目中，他和團隊都在尋求方法使效率超過5%。到達這個效率時，基於紡織品的太陽能電池將是商業上可行的。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的太陽能電池，而僅僅是為特定應用提供一種選擇。

在未來幾個月中，團隊將研究改善基於織物的太陽能電池使用壽命的方法。如果一切按計划進行，首個基於織物的太陽能電池大約在五年內就可以商業化。這將完成 PhotoTex 項目起初的目標，為德國紡織工業注入新動力，並增加其競爭力。

關鍵字

光伏、智能織物、太陽能電池

參考資料

【1】https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2019/august/photovoltaic-power-from-textiles.html

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