无论是在地球上还是在太空中，自主能源对于保持电力系统长时间独立运行至关重要，特别是在偏远或不可预测的环境中。传统的能源解决方案 —— 包括化石燃料、电池和其他替代能源生产方法 —— 面临着挑战。例如，它们通常太大，需要电缆或固定充电，对环境产生负面影响，或者它们的功率密度太低。而由一种名为“钙钛矿”的新材料制成的超薄柔性太阳能电池被证明是一种高效轻便的解决方案，可以促进长时间自给自足的能源生产。

林茨约翰内斯·开普勒大学（JKL）软物质物理系和LIT软材料实验室；系主任：Martin Kaltenbrunner教授和林茨有机太阳能电池研究所（LIOS）的研究人员；部门负责人：Niyazi Serdar Sariciftci教授，现在已经成功开发出超轻准2D钙钛矿太阳能电池，其前所未有的功率输出高达每克44瓦，并且具有相对较高的稳定性，该研究4月17日发表在《自然能源》杂志上。

超轻型准二维柔性钙钛矿太阳能电池的性能

这种比人类头发丝细20倍、厚度小于2.5微米的超轻柔性太阳能电池模块，可以在任何有光的地方为各种电子设备供电。在保持高度灵活性的同时，提供了令人印象深刻的20.1%的效率。最重要的是，44瓦/克的显著功率密度显然使其与其他类型的太阳能电池技术区别开来。

为了制造操作可靠、高度稳定和具有高功率重量比的柔性太阳能电池，需要在低气体和湿气渗透性、高度柔性和透明塑料基板与坚固的光伏材料相结合之间取得平衡。通过在薄膜上涂覆透明氧化铝层，然后优化太阳能电池材料本身，电池的运行稳定性得到了显著提高。

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应用前景

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为了展示他们的新技术的能力，研究人员在一架手掌大小的商用四轴无人机上安装了超轻的太阳能电池。其中24个单元无缝集成到无人机的框架中，仅占其总重量的1/400。这种配置使无人机能够自给自足地运行，并在没有有线充电的情况下进行连续的“充电-飞行-充电循环”，从而展示了太阳能电池的效率和可持续性。

超薄和轻质太阳能电池不仅具有巨大的潜力，可以彻底改变航空航天行业的能源生产方式，还可以从这项新技术中受益，包括可穿戴电子和物联网在内的广泛应用。轻质、适应性强、高效的光伏是开发下一代自给自足能源系统的关键。

将超轻准2D钙钛矿太阳能电池集成到无人机的机载充电系统中，代表了在航空航天和地面应用中发展永久运行车辆的重要一步。

通过对更高效率充电电路的定制设计、更符合空气动力学的机身和可部署的能量收集模块的优化，可以充分利用超轻型PSC的柔性，从而在飞行中减少阻力。通过优化阻挡基底与透明无TCO电极结合，并采用可扩展的沉积技术，可以制造出稳定、高效、超轻型和柔性的钙钛矿太阳能模块，其活性面积可达平方米级。这将直接有利于执行监视、侦察、搜索和救援、大规模测绘、太空太阳能发电或太阳系探索等任务的自主系统的运行。

素材来源：nature energy，DOI：10.1038/s41560-024-01500-2