太阳能：“太阳能Tarp”设计如何利用太阳能

太阳能电池板的发电潜力 - 以及它们使用的关键限制 - 是它们的组成结果。由硅制成的面板价格正在下降，因此在某些地方，它们可以提供与煤和天然气等化石燃料的电力成本大致相同的电力。但是硅太阳能电池板也很笨重，刚性和脆性，所以它们不能在任何地方使用。

在世界上许多没有经常发电的地方，太阳能电池板可以在天黑之后提供阅读灯，能够提供饮用水，为小型家庭或村庄企业提供电力，甚至为紧急避难所和难民营提供服务。但硅太阳能电池板的机械脆性，重量和运输困难表明硅可能并不理想。

基于他人的工作，我的研究小组正致力于开发柔性太阳能电池板，这种太阳能电池板与硅片一样高效，但又薄，轻，可弯曲。这种设备，我们称之为“太阳能防水布”，可以分散到一个房间的大小，并从太阳发电，它可以被揉成一个葡萄柚的大小，并塞在背包里很多次，没有破坏。虽然已经做出一些努力使有机太阳能电池更加灵活，只需将它们制成超薄，但真正的耐用性需要一种分子结构，使太阳能电池板具有伸缩性和坚韧性。

硅半导体

硅来自沙子，这使它便宜。其原子包裹在固体材料中的方式使其成为良好的半导体，这意味着可以使用电场或光源打开和关闭其导电性。由于它便宜且实用，硅是计算机，移动电话以及基本上所有其他电子设备中的微芯片和电路板的基础，将电信号从一个组件传输到另一个组件。硅也是大多数太阳能电池板的关键，因为它可以将光能转化为正电荷和负电荷。这些电荷流向太阳能电池的相对侧，可以像电池一样使用。

但其化学性质也意味着它不能变成柔性电子产品。硅不能非常有效地吸收光。光子可能会穿过太薄的硅面板，所以它们必须相当厚 - 大约100微米，大约是一美元的厚度 - 这样就不会有任何光线浪费掉。

下一代半导体

但研究人员发现其他半导体在吸收光线方面要好得多。一组称为“钙钛矿”的材料可用于制造几乎与硅相同的太阳能电池，但光吸收层的厚度是硅所需厚度的千分之一。因此，研究人员正致力于建造钙钛矿太阳能电池，为小型无人机和其他降低重量的设备提供动力。

2000年诺贝尔化学奖授予研究人员，他们首先发现他们可以生产另一种超薄半导体，称为半导体聚合物。这种类型的材料被称为“有机半导体”，因为它基于碳，并且它被称为“聚合物”，因为它由长链的有机分子组成。有机半导体已经在商业上使用，包括在数十亿美元的有机发光二极管显示器行业，更好地称为OLED电视。

聚合物半导体在将太阳​​光转化为电能方面不如钙钛矿或硅那么有效，但它们更灵活，并且可能非常耐用。常规聚合物 - 不是半导体聚合物 - 在日常生活中随处可见。它们是组成织物，塑料和油漆的分子。聚合物半导体具有将硅等材料的电子特性与塑料的物理特性相结合的潜力。

两全其美：效率和耐用性

根据其结构，塑料具有广泛的性能 - 包括柔韧性，如篷布;和刚性一样，像一些汽车的车身板。半导体聚合物具有刚性分子结构，并且许多由微小晶体组成。这些是它们的电子特性的关键，但往往使它们变脆，这对于柔性或刚性物品来说不是理想的属性。

我的团队的工作重点是确定如何制造具有良好半导体特性和塑料耐久性的材料 - 无论是否灵活。这对我的太阳篷布或毯子的想法至关重要，但也可能导致屋顶材料，户外地砖，甚至是道路或停车场的表面。

这项工作对于利用阳光的力量至关重要 - 毕竟，在一小时内撞击地球的阳光比一年中人类使用的能量更多。

本文最初发表在Darren Lipomi的The Conversation上。阅读原文。