斯坦福大学开发新TMD材料 助力打造超薄、轻便的太阳能电池

太阳能工程领域正在举行一场竞赛，为电动汽车和其他旅行领域制造非常薄和柔性的太阳能电池板。据国外媒体报道，斯坦福大学研究人员开发的一组光伏材料取得了创纪录的效率。

(来源:斯坦福大学)

与其他太阳能材料相比，这些过渡金属二硫化物(或TMD)的主要优势是可以吸收其表面的超高水平太阳光。斯坦福大学电气工程博士学者库莎·纳西里·纳齐夫说:“想象一下，安装在自动无人机机翼顶部的太阳能电池板比一张纸薄15倍。这就是TMD的未来。”

对于柔性、轻量化和高功率的应用，如可穿戴设备和传感器，或者航空航天设备和电动汽车，太阳能的首选材料硅体积太大，难以弯曲，因此需要寻找新的材料。

竞争对手

虽然TMD前景光明，但在研究和实验过程中，一直难以将TMD吸收的2%以上的太阳光转化为电能。就硅太阳能电池板而言，这个数字接近30%。为了促进TMD的广泛使用，我们必须缩小这一差距。

斯坦福大学的新样机已经实现了5.1%的功率转换效率。据预测，经过光电优化后，效率其实可以达到27%，相当于目前市面上最好的太阳能电池板(包括硅)。

此外，这种原型机的功率重量比要比过去研制的TMD高100倍。这个比例对于电动汽车和无人机等旅行应用，以及在运动过程中为探险设备充电的能力具有重要意义。考虑到比功率，即太阳能电池单位重量的功率输出，该原型每克产生4.4瓦，与目前其他薄膜太阳能电池相当，包括其他实验原型。

研究人员认为，通过优化，这一关键比例可以再提高10倍。据估计，TMD电池的实际极限是每克46瓦。

其他优势

这项研究最大的优势在于其超薄的厚度，不仅可以充分降低材料的使用和成本，还可以使TMD太阳能电池轻便灵活，可以成型为不规则的形状，用于汽车车顶、飞机机翼或人体。斯坦福大学的研究小组制造出只有几百纳米厚的有源阵列。该阵列包括光伏TMD二硒化钨和金触点，由一层只有一个原子厚的导电石墨烯覆盖。它们被夹在柔性皮肤状聚合物和增强光吸收的抗反射涂层之间。

组装后，TMD电芯的厚度不到6微米，大约相当于一个薄薄的垃圾袋的厚度，需要15层才能达到一张纸的厚度。

TMD还有其他工程优势，比如长期稳定可靠，不含有化学物质。此外，它具有生物相容性，可用于需要直接接触人体皮肤或组织的可穿戴应用中。

良好的发展前景

在工程复杂的大规模生产过程中，TMD也存在一些缺点，影响其性能。如果超薄TMD层转移到柔性支撑材料上，往往会损坏TMD层。

研究人员设计了将薄TMD太阳能电池阵列固定在柔性基板上的转移过程，据说这是一个相当大的技术挑战。其中一个步骤是将原子厚的石墨烯层转移到只有几微米厚的柔性衬底上。通过这种复杂的工艺，TMD完全嵌入到柔性基板中，从而提高了耐用性。研究人员弯曲不到三分之一英寸厚的金属圆筒周围的材料，以测试设备的灵活性和耐用性。

研究人员表示，TMD功能强大，灵活耐用。在太阳能技术领域，它是一个很有前途的新的发展方向。太阳能工程领域正在举行一场竞赛，为电动汽车和其他旅行领域制造非常薄和柔性的太阳能电池板。据国外媒体报道，斯坦福大学研究人员开发的一组光伏材料取得了创纪录的效率。

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(来源:斯坦福大学)

与其他太阳能材料相比，这些过渡金属二硫化物(或TMD)的主要优势是可以吸收其表面的超高水平太阳光。斯坦福大学电气工程博士学者库莎·纳西里·纳齐夫说:“想象一下，安装在自动无人机机翼顶部的太阳能电池板比一张纸薄15倍。这就是TMD的未来。”

对于柔性、轻量化和高功率的应用，如可穿戴设备和传感器，或者航空航天设备和电动汽车，太阳能的首选材料硅体积太大，难以弯曲，因此需要寻找新的材料。

竞争对手

虽然TMD前景光明，但在研究和实验过程中，一直难以将TMD吸收的2%以上的太阳光转化为电能。就硅太阳能电池板而言，这个数字接近30%。为了促进TMD的广泛使用，我们必须缩小这一差距。

斯坦福大学的新样机已经实现了5.1%的功率转换效率。据预测，经过光电优化后，效率其实可以达到27%，相当于目前市面上最好的太阳能电池板(包括硅)。

此外，这种原型机的功率重量比要比过去研制的TMD高100倍。这个比例对于电动汽车和无人机等旅行应用，以及在运动过程中为探险设备充电的能力具有重要意义。考虑到比功率，即太阳能电池单位重量的功率输出，该原型每克产生4.4瓦，与目前其他薄膜太阳能电池相当，包括其他实验原型。

研究人员认为，通过优化，这一关键比例可以再提高10倍。据估计，TMD电池的实际极限是每克46瓦。

其他优势

这项研究最大的优势在于其超薄的厚度，不仅可以充分降低材料的使用和成本，还可以使TMD太阳能电池轻便灵活，可以成型为不规则的形状，用于汽车车顶、飞机机翼或人体。斯坦福大学的研究小组制造出只有几百纳米厚的有源阵列。该阵列包括光伏TMD二硒化钨和金触点，由一层只有一个原子厚的导电石墨烯覆盖。它们被夹在柔性皮肤状聚合物和增强光吸收的抗反射涂层之间。

组装后，TMD电芯的厚度不到6微米，大约相当于一个薄薄的垃圾袋的厚度，需要15层才能达到一张纸的厚度。

TMD还有其他工程优势，比如长期稳定可靠，不含有化学物质。此外，它具有生物相容性，可用于需要直接接触人体皮肤或组织的可穿戴应用中。

良好的发展前景

在工程复杂的大规模生产过程中，TMD也存在一些缺点，影响其性能。如果超薄TMD层转移到柔性支撑材料上，往往会损坏TMD层。

研究人员设计了将薄TMD太阳能电池阵列固定在柔性基板上的转移过程，据说这是一个相当大的技术挑战。其中一个步骤是将原子厚的石墨烯层转移到只有几微米厚的柔性衬底上。通过这种复杂的工艺，TMD完全嵌入到柔性基板中，从而提高了耐用性。研究人员弯曲不到三分之一英寸厚的金属圆筒周围的材料，以测试设备的灵活性和耐用性。

研究人员表示，TMD功能强大，灵活耐用。在太阳能技术领域，它是一个很有前途的新的发展方向。

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