華中科技大学、3Dプリントによるフレキシブル太陽電池技術を開発

テスラは市場を独占しているが、同社の電気自動車は自給自足ではなく、発電するために充電が必要である。独創的なアイデアを持つ国際的なエンジニアたちは、3Dプリントされた部品を使用して自動車を自給自足にするだけでなく、晴れた日に無制限の走行を可能にする新しい自動車技術の開発に積極的に取り組んでいます。実際、Antarctic Bearはこれまで、3Dプリント技術を利用して太陽エネルギーの変換効率を向上させる多くの事例を報告してきた。米国エネルギー省は太陽光3Dプリント技術の開発に220万ドルを投資している。

地球規模の気候が悪化し、再生不可能なエネルギーが継続的に消費されている中、クリーンで再生可能なエネルギーの利用が急務となっています。太陽エネルギーは、クリーンであること、埋蔵量が多いこと、広範囲に分布していることなどの利点から、大きな注目を集めています。太陽電池は太陽エネルギーの利用の大部分を占めています。近年、ペロブスカイトセルは、製造技術が簡単で、コストが低く、変換効率が高いことから、研究のホットスポットとなっています。

現在研究されているペロブスカイトセルは、主に導電性ガラス（FTO、ITO）上に堆積されています。ガラスの脆弱性のため、ペロブスカイトセルの用途は大きく制限されています。ウェアラブル電子デバイスの段階的な発展に伴い、フレキシブル光電子デバイスの研究開発がますます注目されるようになりました。ペロブスカイトセルは、ある程度曲げることができる薄膜セルであり、柔軟なペロブスカイトセルデバイスの製造を可能にします。

フレキシブル基板は一般に有機ポリマーであり、耐熱性が低いです。従来のペロブスカイトセルでは、金属酸化物界面層に非常に高い焼結温度 (500～600°C) が必要であり、フレキシブル基板に壊滅的な損傷を与える可能性があります。また、フレキシブルペロブスカイト電池では、底部電極としてITOがよく使用されます。ITOブロック抵抗は10Ω/sq～50Ω/sqで、抵抗値が大きく、大面積デバイスの効率に大きな影響を与えます。

アンタークティック・ベアによると、国際社会も3Dプリント技術を積極的に研究しているという。以前、オーストラリアの研究機関は3Dプリント技術を使用して、超高層ビル全体に電力を供給することさえできる紙のように薄い太陽電池を開発した。スペインの企業 Oxolutia も新しい太陽電池「Solar Oxides」を開発しました。 Solar Oxides とは、3D プリントで製造できる非常に柔軟な太陽光発電セルであるソーラー酸化物を意味します。

ペンシルベニア州立大学は、太陽光をセルの配列に集中させる CPV パネルも発明しました。 3Dプリント技術を採用し、全体の厚さはわずか1センチメートルで、太陽電池と配線を除く材料の99％はアクリルプラスチックまたは樹脂ガラスで構成されています。ただし、CPV には限界があり、米国南西部など直射日光が当たる地域にのみ適しています。

MIT は、3D プリント技術が太陽電池技術に変化をもたらし、エネルギー効率を 20% 向上させるだけでなく、材料を最大 50% 節約できると考えています。 3Dプリント技術と従来の製造技術を密接に統合することで、自動車だけでなく建物の外壁でもエネルギーの自給自足が実現できると考えています。

華中科技大学は、既存技術の上記のような欠陥や改善ニーズに応えるため、フレキシブルペロブスカイト太陽電池の構造を発明しました。その目的は、導電性の悪い従来のITOの代わりに、高導電性金属を下部電極として使用することで下部電極の抵抗を減らし、大面積デバイスを製造できるようにすることです。華中科技大学も、電子を集めるために高温加熱を必要としないドープ電子収集層を使用することで、フレキシブル基板の耐熱性が低いという問題を解決したと報告されている。
華中科技大学が開発したフレキシブルペロブスカイト太陽電池は、フレキシブル基板、金属下部電極、ドープ電子収集層、ペロブスカイト層、正孔輸送層、透明導電性ポリマー上部電極で構成されています。金属下部電極は、マグネトロンスパッタリング、熱蒸着、スプレー、または 3D プリントによって堆積された金属材料です。このバッテリーの効率は、標準的な太陽光の下で 11% に達します。また、曲げ性能が強く、曲率半径 10 mm で 1,000 回以上曲げてもバッテリー性能の低下はほとんどありません。

華中科技大学が開発したフレキシブルペロブスカイト太陽電池は、曲面壁や自動車の屋根など、硬い素材が使用できない発電装置に使用でき、装置の性能に影響を与えることなく曲げることができる。晴れた日に車の走行距離を無制限にすることを許可するか？私たちはそんな夢に近づいています。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
スペインはインクジェット3Dプリント技術を使用して太陽電池を開発しています。米国エネルギー省は太陽光3Dプリント技術の開発に220万ドルを投資しています。

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