美国空军研究实验室(AFRL)的研究人员正在采用3D打印方式,获得太阳能电池,并且他们发现了这其中大量未开发的应用潜力。
关于3D打印在太阳能领域的应用,国际上已经出现了各种解决方案。
2015年,澳洲的一支科学家团队研发出一种薄如纸片的有机可打印太阳能板,它甚至能为一整栋摩天大楼提供能源。研发者希望能够在不远的将来,以低能源为应用起点,逐步实现这种新型发电装置的商业化制造。这项技术可有效减少发达国家对传统能源的依赖,同时,也能为发展中国家提供一种经济、可实行的电力来源。与传统太阳能电池板不同的是,这些太阳能电池纸可以在包括玻璃和屋顶等实际的房屋位置上被直接打印出来。除了用在大型建筑物上,研发者还试图尝试将这些单元用于小物体,比如风靡全球的iPad。如果这一设想能实现,那么iPad的表面、笔记本背包和手机外壳将不仅仅充当包裹作用,它们还可以成为能源收集器,为这些可移动设备提供电能。
2015年,宾州州立大学(PennStateUniversity)联合伊利诺伊大学、UrbanaChampaign和3D打印光学器件厂商LUXeXcel的研究人员通过3D打印开发出更经济高效的太阳能系统。为了让CPV在普通的屋顶上使用,研究者将小型化的砷化镓光伏电池、3D打印的塑料透镜阵列和一个可移动的聚焦机构结合在一起,以减少CPV系统的大小、重量和成本。这些电池都小于1平方毫米,经过批量制造出来之后,然后将其以阵列的形式转移到一种薄玻璃或塑料片材上面。为了将太阳光聚焦在电池阵列上,研究人员将它们嵌入到一对3D打印的塑料透镜阵列之间。顶部透镜阵列中的每个小透镜的作用就像一个小放大镜,而底部阵列的小透镜则起到凹面镜的功能,两者正好匹配。而微型太阳能电池正好位于两个透镜中间的焦点处,在这个位置阳光被增强了超过200倍。而且在一天之内随着太阳的移动,中间的太阳能电池板沿着轨道在小透镜阵列之间横向滑动,因为焦点的位置在移动。
2015年,西班牙的Oxolutia公司也利用3D打印技术研制出了令一种全新的光电池:Solar Oxides。Solar Oxides意为太阳能氧化物,这是一种非常柔性的光伏太阳能电池,可通过3D打印制造。工程师团队使用了喷墨3D打印技术,该技术可以精确控制液滴在对象表面上的沉积,然后开发人员结合化学溶液沉积方法制造出氧化物薄膜,这些薄膜正好是太阳能电池所需要的。
不仅仅是国外的公司在3D打印太阳能电池方面取得了一系列的进展,我国的华中科技大学也在这个领域获得了突破。目前研究的钙钛矿电池主要沉积在导电玻璃(FTO,ITO)上,由于玻璃的易碎性,大大的限制了钙钛矿电池的应用。可穿戴电子设备的逐渐发展,柔性光电子器件研发受到了人们的重视。钙钛矿电池属于薄膜电池,其在一定程度上具有弯曲的能力,因而,柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能。
华中科技大学针发明了柔性钙钛矿太阳能电池的结构,其目的在于通过采用高电导率的金属作为底电极取代传统的导电性较差的ITO,减小底电极电阻,使其具备制备大面积器件的潜能。3D科学谷了解到华中科技大学还通过采用无需高温加热的掺杂电子收集层收集电子,解决了柔性基底耐热性差的难题。华中科技大学的柔性钙钛矿太阳能电池可以应用在曲面墙壁,汽车顶端等不能用刚性材料的发电装置上,能够在不影响器件性能的情况下弯曲。
或许,随着这些研究的深入,让覆盖有太阳能电池板的汽车实现晴天无限里程的畅弛不再是梦想。
作者: 来源:3D科学谷
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