超轻太阳能电池设计用于驱动无人机

奥地利的研究人员用钙钛矿太阳能电池制造出了一种超薄、灵活、可拉伸和轻质的“太阳能箔”用太阳能驱动的小型飞机和飞艇演示这种材料的用途。

为了最大限度地提高太阳能机载设备的效率，工程师们希望太阳能电池越轻越薄越好——例如，试图仅使用太阳能环绕世界飞行的“阳光动力2号”飞机就使用了130微米厚的硅太阳能电池。有机铅卤化物钙钛矿是很有前途的光伏材料，因为作为直接带隙半导体，它们更有效地吸收光，所以需要更薄的层。不幸的是，钙钛矿电池在环境条件下的稳定性是一个持久的问题，因为钙钛矿在水的存在下会分解，并且衰变产物会攻击金属电极。为了保护钙钛矿而进行的大量封装会增加电池的成本和质量。

他们的新设计马丁·卡尔滕布伦纳和约翰内斯开普勒大学的同事们在林茨溶液中处理了一层250nm-300nm的CH_3.NH_3.PbI_法Cl_x钙钛矿之间的导电聚合物聚(乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)和N,N'-二甲基3,4,9,10-四羧基苝二亚胺在PET箔衬底上，然后添加铬中间层₂O_3./Cr和金属箔作为电子选择电极，并用聚氨酯薄膜覆盖器件。成品太阳能电池的产量为100%，尽管只有3µm厚，重5.2g m，但效率为12%³．这样产生的功率质量比为23 W g^－1在太阳辐照度为1个太阳的情况下，这是光伏技术的记录。没有Cr₂O_3./Cr层间，水蒸气穿透钙钛矿导致反应性碘化物的产生，几乎立即腐蚀金属电极。然而，中间层保护了金属，使电池保持效率约2天。

为了证明这一设计的潜在效用，研究人员制作了一架太阳能飞机和飞艇模型，并在树叶骨架上安装了太阳能电池。他们认为，未来他们的设计可以应用于昆虫机器人和无人机，其灵活性和可拉伸性可以用于生物电子学。

Michael Gratzel瑞士洛桑联邦理工学院的教授称赞这项工作是“一个非常好的贡献”，尽管他指出，钙钛矿的分解产物之一PbI既有毒又致癌。他说:“玻璃板可以完全密封，但塑料板很容易被刺穿。”亨利·史牛津大学的教授也认为封装是关键:“我认为下一步是尝试真正地研究屏障层，使这些东西能够持续很长一段时间，比如5年或10年，但仍然不会。那重得多。