新天工开物 | 导电玻璃抹上它,室内自然光也能发电

两块普通玻璃贴合一起,基于导电玻璃搭建正负极,涂抹钙钛矿溶液和多道工序干燥处理后,它便可进化成为一块钙钛矿电池。最大特点是不仅能在太阳光下发电,在室内电灯、烛光等弱光下也能发电,甚至“十五的月亮”的光照也能发出电流。室内照明光或者自然光等弱光发出的电流可以支持时钟、日历、传感器、小夜灯、墨水屏画框以及穿戴设备等生活用品的使用。

钙钛矿光伏玻璃。

1月22日,技术发明人、华中科技大学武汉光电国家研究中心教授陈炜告诉记者,他们研制的这款钙钛矿光伏玻璃电能转换效率已逼近世界纪录,在业内处于领先水平。

【研发者说】

讲述人:华中科技大学武汉光电国家研究中心教授、九曜光电首席科学家  陈炜

钙钛矿光伏电池核心创新点在于钙钛矿溶液的配方。我们成功开发出十余种不同配方的钙钛矿溶液,以适应各种应用场景下的钙钛矿电池制备需求。

钙钛矿太阳能电池的相关原料。

从普通玻璃到成品钙钛矿光伏电池的转变需经历15道工序。首先在钙钛矿溶液调配完毕后,将其注入涂布设备。通过精密的涂布工艺,将液体均匀涂抹于导电玻璃表面。根据不同工艺要求,涂层厚度和层数会有显著差异,有的仅需单层涂布,有的则需要两至三层的叠加。每完成一层涂布后,都需要立即转入下一工序进行处理。涂布完成后,还需经过抽真空和低温固化处理,温度范围大多低于150℃。所以钙钛矿也兼容柔性塑料衬底可以做成柔性电池产品。

工作人员正在生产钙钛矿光伏玻璃。

当导电玻璃完成涂布工序后,便形成了电池的基本雏形。随后进入激光刻蚀阶段,通过精准的划线工艺将电池分割成独立的单元,犹如电路中的串联结构。仔细观察可见,钙钛矿光伏玻璃表面布满了规则的线条。之后,通过两次蒸镀工艺形成内部的电荷传输层和电极结构。最后采用热压机将各功能层均匀贴合,最终形成完整的钙钛矿光伏电池,轻松将光能转化为电能。

陈炜教授演示用手机蓝牙控制一款自研的钙钛矿时钟,墨水屏可显示时间、日历、温度等,无需外部充电。

与占据市场主导地位的晶硅电池相比,钙钛矿电池展现出诸多优势:更高的理论效率、更低的制备温度、更简化的生产工艺以及更具竞争力的量产成本。

特别值得一提的是,钙钛矿电池在弱光条件下的表现尤为突出。即使在室内照明环境下,也能实现持续发电。通过实验验证,即便是“十五的月亮”这样的微弱光源,也能激发电池产生微弱电流。这使得钙钛矿光伏电池形成了首个区别于晶硅的优势应用场景,即室内光伏。

陈炜教授团队研发的多款钙钛矿太阳能电池产品,有墨水屏电子相框、手写板、充电板等。

目前,我们的钙钛矿电池能量转换效率已接近晶硅电池水平,具备了从效率端挑战传统晶硅电池主导地位的基础。未来要进一步改进使用寿命,结合其柔性特质和轻量化设计,钙钛矿太阳能电池可以具有广阔的市场应用前景。

【大众点评】

讲述人:武汉华鸣新能源有限公司创始人 戴乐天

我们将九曜光电生产的钙钛矿电池用在了智能门锁上,用户反馈预期可以几年不用换电池,体验感大幅提升。而传统干电池需数月更换电池。还有装上钙钛矿电池的键盘、鼠标、温湿度传感器、物联网低功耗设备等产品,无需使用干电池或纽扣电池,既提升用户便利度,又减少废弃电池污染。

我们对九曜光电的钙钛矿电池做过系统测试,其转换效率、稳定性均处于国内钙钛矿企业第一梯队。传统晶硅电池依赖直射强光,一旦光照角度偏移或光线不足,发电效率就会骤降甚至无法工作;而九曜光电的产品聚焦室内弱光领域,钙钛矿材料在弱光下的发电效率远超传统晶硅电池,这正是我们看好的未来方向——毕竟人们更多生活在室内弱光环境中,光伏产品贴近大众生活场景才更具市场潜力。

(长江日报记者杨佳峰 整理 摄影:记者胡冬冬 图片:记者胡冬冬 实习生黄鳯麟)

【编辑:丁翾】

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