基于纺织品的太阳能电池：应用前景广阔

:导读：据德国弗劳恩霍夫协会官网近日报道，弗劳恩霍夫协会与其他研究机构以及工业合作伙伴的研究人员合作开发出基于纺织品的新型太阳能电池。这种基于纺织品的太阳能电池不久将为光伏发电增加一个全新的维度，弥补传统硅基太阳能电池用途的不足。

（来源：微信公众号“IntelligentThings”作者：John Zhang）

背景

如今，建筑顶部的太阳能面板已经非常普遍，大规模的太阳能发电园区也是如此。

未来，我们也许会看到其他的表面被开发用于光伏发电。例如，我们不妨想象一下，大卡车利用篷布采集太阳能，为其动力系统、制冷系统或者其他车载设备供电。类似地，传统的建筑立面也可以覆盖光伏纺织品，从而取代混凝土抹面。或者是窗帘，它可以覆盖建筑物的玻璃立面产生阴凉，也可以制造出数百平方米的额外表面来发电。

创新

德国弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所（Fraunhofer IKTS）、弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所（Fraunhofer ENAS）、萨克森州纺织研究中心以及工业合作伙伴（erfal公司、PONGS技术纺织品公司、 Paul Rauschert公司、GILLES PLANEN公司）合作开发的基于纺织品的柔性太阳能电池，成为了实现上述愿景的核心部分。

技术

弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所系统集成与电子封装部门主管 Lars Rebenklau 博士表示：“许多工艺都可以将太阳能电池融入到纺织品涂层中。”换句话说，这些太阳能电池的基底是纺织品，而不是通常使用的玻璃或者硅。

Jonas Sundqvist博士与纺织品基太阳能电池原型（来源：Fraunhofer IKTS）

弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所薄膜技术部门主管 Jonas Sundqvist 博士解释道：“这听上去似乎很容易，但是纺织工业中的机器已经被设计用于处理大卷的织物（宽五六米，长达千米）。并且在涂布工艺中，织物必须承受约200摄氏度的高温。其他因素也扮演了关键角色，织物必须满足防火规范，具有很大的抗拉强度，且可以廉价地生产。”Rebenklau 表示：“因此，协会选择了玻璃纤维织物，它可以满足所有这些规范。”

研究人员也面临如何将组成太阳能电池（底部电极、光伏层和顶部电极）的晶圆级薄层应用到织物上。这些层的厚度介于1微米与10微米之间。通过对比，织物的表面就像山脉。解决方案就是，首先施加一层让织物表面的峰和谷变平。为此，研究人员采用了一种来自纺织工业标准工艺：转移印花，这个方法也用于为织物涂上橡胶。所有其他的工艺都被改变，以便简单地融入纺织工业的标准生产方法。例如，由导电聚酯纤维组成的两个电极以及光伏层，是通过常见的卷对卷工艺施加的。太阳能电池也粘合了一层额外的保护层，从而使其更结实。

用于生产功能化纺织品的化学气相沉积（CVD）涂覆设备。（图片来源：Fraunhofer IKTS）

价值

研究团队已经制造出初始原型。Rebenklau 表示：“这样已经展示了基于纺织品太阳能电池的基本功能。目前，他们的效率在0.1%到0.3%之间。”在一个后续项目中，他和团队都在寻求方法使效率超过5%。达到这个效率时，基于纺织品的太阳能电池将是商业上可行的。硅基太阳能电池的效率要高得多，在10%到20%之间。然而，这种新型太阳能电池不仅是要取代传统的太阳能电池，而仅仅是为特定应用提供一种选择。

在未来几个月中，团队将研究改善基于织物的太阳能电池使用寿命的方法。如果一切按计划进行，首个基于织物的太阳能电池大约在五年内就可以商业化。这将完成 PhotoTex 项目起初的目标，为德国纺织工业注入新动力，并增加其竞争力。