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從光中獲取電能是光伏 （PV），它涉及使用基于多晶硅的半導(dǎo)體，然后將其制成面板。根據(jù)該研究，脫碳加電氣化計劃將部署約 1,570 GW 太陽能，這將滿足 2050 年美國能源需求總量的 45% 左右。這需要使用光伏來滿足太陽能需求。




光伏嵌入式紡織品是一種智能紡織品，是產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)中一個新興的類別。然而，這個子行業(yè)剛剛起步，規(guī)模很小，但提供了良好的增長和發(fā)展空間。多家咨詢機構(gòu)的市場研究表明，光伏市場預(yù)計年均增長20%以上，到2030年全球市場規(guī)模將達到5億美元左右。

關(guān)注供應(yīng)鏈

COVID-19 提醒我們需要進行適當?shù)拇罅餍幸?guī)劃，不僅從生物醫(yī)學(xué)的角度來看，而且在供應(yīng)鏈物流問題方面也是如此，因為發(fā)達國家在大宗商品和高科技產(chǎn)品方面都依賴其他國家。當前供應(yīng)鏈的中斷表明制造業(yè)需要進行戰(zhàn)略規(guī)劃，包括先進材料，例如太陽能電池板及其組件的制造。今天，中國在多晶硅太陽能電池板的制造方面處于世界領(lǐng)先地位。硅基半導(dǎo)體晶圓已成為熱門商品，因為臺灣和韓國主導(dǎo)了它們的制造。

隨著對太陽能和先進制造業(yè)的重視，先進紡織業(yè)應(yīng)該投入時間和資源，涉足這個市場領(lǐng)域。事實上，由于涉足基于光伏的先進紡織品是高度研究密集型的，它為研究型大學(xué)和中小型企業(yè)提供了通尋求政府財政支持的空間。

雖然我們對 PV 結(jié)構(gòu)的熟悉可能僅限于平板太陽能電池，但柔軟的柔性纖維結(jié)構(gòu)可以作為平臺來整合收集能量的半導(dǎo)體。必須簡化制造過程，并且必須克服瓶頸，例如保持纖維結(jié)構(gòu)中包含的半導(dǎo)體的效率。此外，為了使此類產(chǎn)品在商業(yè)上可接受，必須制定標準。

制造基于光伏的柔性材料

基于光伏的結(jié)構(gòu)是使用結(jié)晶多晶硅制成的，多晶硅是最純凈的硅形式，本質(zhì)上是高度結(jié)晶的。可以利用編織技術(shù)來插入用作平臺的硅晶片。必須完善制造工藝，使硅片不被損壞，其能量轉(zhuǎn)換能力不受影響。紡織業(yè)已經(jīng)完善了 3D 間隔織物技術(shù)，這將有助于開發(fā)基于光伏的織物結(jié)構(gòu)。

柔性基板上的光伏涂層值得研究。我們的行業(yè)可以借鑒柔性顯示面板領(lǐng)域的想法。柔性顯示屏是使用非晶硅的激光結(jié)晶制造的，而無需熔化基板。由于纖維基材可熔化和易燃，具體取決于所用聚合物的類型，因此必須努力充分了解和選擇正確的沉積技術(shù)，例如激光或等離子氣相沉積方法。

雖然開發(fā)基于光伏的柔性結(jié)構(gòu)存在挑戰(zhàn)，但它們?yōu)樾袠I(yè)和學(xué)術(shù)界提供了參與協(xié)作和多學(xué)科項目的機會。

研發(fā)新聞

人們對能量收集紡織品的研究和開發(fā)很感興趣。佐治亞理工學(xué)院王中林教授團隊一直在探索摩擦納米發(fā)電機以獲取能量。身體運動和光能可以轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生足夠的電能為手機充電。

已經(jīng)探索了作為良好電容器和導(dǎo)體的新材料。石墨烯可以延長電池的壽命，在保持強大的同時儲存能量。基于光伏的柔性結(jié)構(gòu)可以收集能量，石墨烯涂層結(jié)構(gòu)可以增強其容量。這種混合光伏結(jié)構(gòu)可以徹底改變電池。

石墨烯動力電池已經(jīng)上市，例如來自Real Graphene 的電池，該公司將石墨烯集成到可負擔(dān)的技術(shù)中；和NanoGraf 公司，該公司開發(fā)了一種新型的高能量密度硅基負極材料，該公司表示該材料可以在一系列應(yīng)用中取代鋰離子電池中的石墨基負極。

具有半導(dǎo)體特性的有機聚合物材料可以使用涂層工藝或使用熱熔粘合劑粘合到布料上，熱熔粘合劑可以從光或機械作用中獲取能量。這一發(fā)展來自日本理研的薄膜器件實驗室。德國弗勞恩霍夫研究所的科學(xué)家率先采用導(dǎo)電聚合物和光伏材料來開發(fā)基于織物的太陽能結(jié)構(gòu)。

前進的道路

從氣候變化問題可以清楚地看出，必須采用不同形式的清潔能源解決方案。在太陽能、水力、風(fēng)能和核能等替代能源中，太陽能的選擇在技術(shù)和經(jīng)濟上似乎是最可行的。雖然基于 PV的太陽能電池板已商用，但柔性結(jié)構(gòu)是該領(lǐng)域的下一階段。

產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)有機會涉足這一潛在領(lǐng)域，前景廣闊。該部門的迫切需求是： 大規(guī)模轉(zhuǎn)化基于光伏的技術(shù)；從技術(shù)可行性和經(jīng)濟接受度方面檢查商業(yè)可行性；建立可靠性和安全標準。

另一個值得探索的領(lǐng)域是研究混合技術(shù)，例如基于石墨烯的方法。需要真正的多學(xué)科方法來制造具有商業(yè)可行性的柔性光伏產(chǎn)品。

原標題：柔性光伏的當下與展望