想象太阳能电池如此薄，灵活，重量轻，几乎可以放置在任何材料或表面上，包括帽子，衬衫或智能手机，甚至放在一张纸或氦气球上。
麻省理工学院的研究人员现在已经展示了这样一种技术：有史以来最薄，最轻的太阳能电池。尽管开发成商业产品可能需要数年时间，但实验室概念验证显示了一种制造太阳能电池的新方法，可以为下一代便携式电子设备提供动力。
麻省理工学院教授Vladimir Bulovic，研究科学家Annie Wang和博士生Joel Jean在有机电子杂志上发表了一篇新论文。
麻省理工学院创新副院长Bulov和Fariborz Maseeh(1990)新兴技术教授表示，新方法的关键是制造太阳能电池，支持太阳能电池的基板，以及保护罩以保护其免受环境影响，一切都在一个过程中。基板制造就位，在制造过程中不需要处理，清洁或从真空中移除，从而最大限度地减少灰尘或其他可能降低电池性能的污染物。
“创新的一步是认识到你可以在种植设备的同时种植基质，”Bulovic说。
在这个最初的概念验证实验中，该团队使用一种称为聚对二甲苯的普通柔性聚合物作为基材和外涂层，以及一种称为DBP的有机材料作为主要的光吸收层。聚对二甲苯是市售的塑料涂层，广泛用于保护植入的生物医学装置和印刷电路板免受环境损害。整个过程在室温下在真空室中进行，并且不使用任何溶剂，这与需要高温和刺激性化学品的传统太阳能电池制造不同。在这种情况下，使用已建立的气相沉积技术“生长”衬底和太阳能电池。
一个过程，很多材料
该团队强调，这些特殊的材料选择仅仅是一个例子，它是在线基板制造过程中的关键创新。不同的材料可用于基板和封装层，并且不同类型的薄膜太阳能电池材料(包括量子点或钙钛矿)可代替初始测试中使用的有机层。
但他们说，该团队已经实现了迄今为止最薄，最轻的完整太阳能电池。为了证明细胞有多么轻薄，研究人员将一个工作细胞悬挂在肥皂泡上，而不会使泡沫破裂。研究人员承认，这个细胞可能太薄而不实用 - “如果你呼吸太猛，你可能会把它吹掉，”Jean说 - 但厚度高达80微米的聚对二甲苯薄膜可以用商业设备轻松沉积，不会失去在线基板形成的其他好处。
柔性聚对二甲苯薄膜，类似于厨房保鲜膜，但厚度只有十分之一，首先沉积在更坚固的载体材料上 - 在这种情况下是玻璃。弄清楚如何将薄材料与玻璃完全分开是一个关键的挑战，王先生解释说，他花了很多年时间与聚对二甲苯合作。
研究人员在制造过程完成后，使用由柔性薄膜制成的框架将整个聚对二甲苯/太阳能电池/聚对二甲苯叠层从载体上抬起。最终的超薄柔性太阳能电池，包括基板和外涂层，仅为人类头发厚度的五十分之一，是玻璃基板上等效电池厚度的千分之一 - 约为两微米厚 - 但它们将阳光转化为电能，与玻璃制品一样高效。
不需要奇迹
“我们把我们的载体放在真空系统中，然后我们将其他所有东西放在它上面，然后将整个东西剥掉，”王解释道。Bulovic说，像大多数新发明一样，听起来很简单 - 一旦完成。但实际上开发技术以使流程工作需要多年的努力。
虽然他们使用玻璃载体作为他们的太阳能电池，但Jean说“它可能是其他东西。你可以使用几乎任何材料”，因为加工是在如此良好的条件下进行的。例如，基板和太阳能电池可以直接沉积在织物或纸上。
虽然该演示装置中的太阳能电池效率不高，但由于其重量轻，其功率重量比是有史以来最高的。这对于重量很重要的应用非常重要，例如航天器或用于研究的高空氦气球。典型的硅基太阳能电池组件，其重量以玻璃盖为主，每千克重量可产生约15瓦的功率，新电池已经证明每克输出功率为6瓦 - 约高出400倍。
“它可能很轻，你甚至不知道它在你的衬衫或笔记本上，”Bulovic说。“这些细胞可能只是现有结构的附加物。”
该团队表示，这仍然是早期的实验室规模工作，将其开发成可制造的产品需要时间。然而，虽然短期内的商业成功可能不确定，但这项工作可以长期为太阳能开辟新的应用。“我们有一个有效的概念验证，”Bulovic说。接下来的问题是，“为了使其具有可扩展性需要多少奇迹?我们认为这是一项艰巨的工作，但可能不需要创造奇迹。”