Epishine的有机太阳能电池不是硅基电池,而是碳基电池。这种薄膜电池可以像报纸一样印刷,而且最终可能会成为费用最低廉的发电方式。

太阳能电池技术已经变得越来越实惠,与传统硅太阳能电池一并成为良好的替代性选择。Epishine就是一个例子,该公司致力于实现创新太阳能电池的商业化。这种太阳能电池由印刷在柔韧塑料薄膜上的碳原子薄板组成。

生命周期视角很重要

Epishine开发了一种在PET薄膜上印刷纳米层吸光聚合物的太阳能电池。图片来源:Epishine。

越来越多的人选择安装屋顶太阳能电池板,瑞典在过去几年中的容量翻了一番。但却是从很小的基数开始增长的。第一批太阳能电池在20世纪70年代投入使用,当时它们主要用于灯塔、船只、避暑屋和大篷车。虽此类设施仍有市场,但稳步增长的细分市场是并网太阳能。大多数人都对太阳能更有益于环境持赞同意见 – 但从生命周期的视角来看,它是如何实现的呢?

“未来的能源必须具有可扩展性和成本效益,而不依赖于有限的资源。它们应当是可以回收的,不含有害化学物质,制造过程产生的气候足迹小。我们的有机薄膜太阳能电池满足所有这些要求,相比传统硅基系统更具优势。”Epishine市场总监Emma Woxlin说。

印刷在塑料上的太阳能电池

“设想一张1毫米厚的塑料薄板,表面印刷有太阳能电池。这种塑料是PET塑料,太阳能电池不含任何金属。我们所谈论的是有机太阳能电池。吸光聚合物在塑料薄膜顶部进行纳米级印刷。这与印刷在塑料纸上的塑料油墨如出一辙,”Emma Woxlin说。

“我们仍然是唯一能够生产表面覆盖范围较广的无金属太阳能电池的公司。之所以能做到这一点,要归功于与报纸印刷类似的生产流程。我们可以让太阳能电池使用很长时间,它们有可能成为有史以来费用最低廉的能源生产方式。两种透明电极材料围绕具有光电特性的吸光聚合物层。太阳能电池可以串联,电源则通过外缘的金属电极输送。”

从实验室实验到印刷过程,这项太阳能电池技术凝聚了25年的研发结晶。发起人之一是林雪平大学生物分子与有机电子教授OlleInganäs。他被认为是该领域的先驱,90年代初在美国和日本进行首批实验时,他是世界上第一个掌握该技术潜力的人员之一。

Epishine公司的Emma Wohlin说:“印刷的有机太阳能电池是一种节约资源且有益气候的产品。”图片来源:Epishine。

印刷设施位于Norrköping的印刷电子实验室(Printed Electronics Lab)。其年度产能达2万平米太阳能电池。Epishine的目标是在一年之内在该设施实现商业化生产。

“这种材料透明、柔韧,可以在卷材上生产。如此一来,它在许多应用中都很有吸引力,例如用于发电的防护窗涂层。它可以作为装饰性表面与建材结合在一起。电池很薄,便于携带或运输。在阳光照射的地方,一卷太阳能电池可以发挥一台便携式发电机的功用。它们也可以用于室内能量收集,”Emma Wohlin说。

物联网

“这种轻薄而柔韧的太阳能电池具有集成小物件的最佳性能,并且可以为正在进行物联网开发的联网传感器和类似物体提供动力。研究结果已经表明,即便我们仍处于优化的初期阶段,但我们在室内的表现也盖过硅基太阳能电池。”Emma Wohlin说。

“在低强度光线下,有机太阳能电池比硅太阳能电池更能保持效率。例如用于监测热量或湿度,或用于触发警报系统的传感器离不开能源,将其连接到电网或更换电池可能太过复杂,所以行不通。我们可以在其放置场所收集光能来为传感器提供能量。商店和工业环境中的太阳能无线传感器将更易于安装和维护。此类传感器需要几百微瓦的功率,这与我们的模块可以提供的功率相当。”

“有机太阳能电池优点多多。据我们估计,能源盈亏平衡时间不到一个月。对于硅基太阳能电池来说,由于硅提取和制造都消耗大量能源,所以盈亏平衡时间至少为一年。另一个优点是,有机模块可以像PET瓶一样回收。尽管如此,仍存在许多障碍有待跨越,我们需要进一步提高效率,改善寿命和大规模生产方式。我们的团队成员才能卓著,经验丰富,我们衷心希望能够推出有助于提高全球资源效率的智能产品,”Emma Wohlin说。

2017年,Epishine被技术和财经报刊Ny Teknik和Affärsvärlden提名为瑞典最有前途的科技公司之一。他们的动机是“Epishine AB开发出了一种印刷有机太阳能电池的方法。利用这项技术可以为日益发展壮大的物联网中的传感器提供动力。未来,这种新型太阳能电池甚至可能为数百万人提供实惠的可再生能源。”

本文发表于2018年1月。