太陽能電池也能安裝在柔軟的衣服上

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Mar 31, 2002

編輯 Benjamin Chang 報導

塗佈在表面上的8個太陽能電池
©UC Berkeley news release
Credit: J. J. Dittmer, Alivisatos Lab/UC Berkeley

加州大學柏克萊分校的化學家發明了一個新的發法,可以將塑膠太陽能電池塗在物體的表面上,便可以對可攜式電子設備及其他低耗電量電子設備提供電力。

這個研究團隊的塑膠太陽能電池的能量轉換效率是1.7%。相較之下,一般市面上商品化的太陽能電池的能量轉換效率為10%,而目前最好的太陽能電池的能量轉換效率為35%。

加州大學柏克萊分校的教授A. Paul Alivisatos說:「雖然目前的能量轉換效率不及10%,但這項科技具有潛力,我們會設法提高能量轉換效率。」

博士後研究員Janke J. Dittmer說:「這項科技的美妙之處在於可以在柔軟的塑膠上放置太陽能電池,這將可以開發許多新穎的應用,如在柔軟的衣服上放置太陽能電池,以便驅動LED燈或是簡易的微電腦。」

他們所開發的太陽能電池是將奈米棒(nonorods)與有機高分子或塑膠混合在一起。這個混合物其上、下均與電極接觸,中央的混合物其厚度為200nm,形成「電極-混合物-電極」的三明治結構。這個元件可提供0.7Vote的電壓。其製造過程容易,可以在室溫進行。不像現在商品化的太陽能電池,必須在無塵、真空的環境下生產。

Alivisatos說:「現在高效率的半導體太陽能電池必須在無塵、真空的環境下進行生產,製造過程繁瑣。而且由於必須在特製的環境中生產,所以半導體太陽能電池的尺寸也較小。」

他們用化學方法製作僅含100到100,000個原子的奈米棒。由於奈米棒的尺度很小,所以必須用量子力學來詮釋奈米棒的物理特性。

實驗方法與機制
他們以硒化鎘(cadmium selenide)製作奈米管,並且盡量將奈米棒的直徑縮小,長度增加。目前的成果是:「直徑:7nm﹔長度:60nm」。接著將奈米管與高分子P3HT(poly-(3-hexylthiophene))混合在一起。然後將此混合物塗佈在透明的電極上,形成一層薄膜,薄膜的厚度是200nm。最後以鋁與薄膜接觸,當成另一個電極。

奈米管的角色就像是導線,當薄膜吸收陽光,便產生電子與電洞,電子循著奈米管行進,直到接觸鋁電極為止。而電洞就朝另一方向行進,直到接觸電極為止。

未來的發展
將有機高分子與無機半導體混合在一起的好處是可以一起保有兩者的優點。無機半導體具有極佳的電性﹔有機高分子則可以在室溫製備,降低製作太陽能電池的成本,並可以將溶液塗佈在柔軟的基版上,包括塑膠。

英國倫敦Imperial College的教授Keith Barnham說,遲早有一天,此種電池的能量轉換效率將會提昇至10%。

(原文刊載於2002/3/29的Science期刊上)

參考來源:

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