阳光能让我们的衣服发电吗?

来源:科普中国 发布时间:2024年06月07日 作者:重庆市科学技术协会

你知道阳光有哪些作用吗?

阳光能给我们带来光明和温暖,能帮助植物进行光合作用,能杀死病菌……

还有吗?当然有!阳光还能发电呢!

怎样才能让阳光发电?

这就得说说太阳电池了。只要有阳光照射到这种特殊装置上,它就可以将吸收的太阳光能转换成电能。而且,它在工作时没有噪声,也不会产生污染物,是一种非常先进的、无污染的绿色能源技术。

太阳电池“长”什么样呢?

如果你细心观察,也许会在一些屋顶、电线杆或者大片空地上,见到一块一块由好多深色的小方块组合在一起的、薄薄的大平板装置,那些就是太阳电池。

目前,这些太阳电池基本都是用超高纯度晶硅制备的。品硅是从沙子里提炼出来的,是手机、电脑的“大脑”(高端芯片)中最关键的材料

除了在地面上使用,太空中也有很多太阳电池在给卫星和空间站提供源源不断的电能。这些太阳电池通常使用的是一种叫作砷化镓的材料。它比晶硅更轻,把光变成电的能力更强。我们的天宫空间站,用的就是我国自主独立研发的砷化镓太阳电池,而且达到了国际领先水平。

说到这里,你是不是也想拥有一块太阳电池呢?

有这个神奇装置在,即使在户外很长时间,都不用担心手机、电脑没电了。那些在野外执行特殊任务的人,也可以随时为电子设备充电。

可是,谁又愿意在开心的旅途中背着一个笨重还容易摔碎的“大家伙”,负重前行呢?

能不能发明一种柔软轻薄的太阳电池,让我们随身携带?

比如,能发电的衣服、太阳电池伞……

这个问题同样也问到了一位科学家那里,他就是北京大学的邹德春教授。

邹德春是我国研究光电材料及器件的专家,他知道,要把一张沉重的太阳电池板变得像衣服一样轻薄、柔软,一直以来只是个梦想,而且也是行业内公认的不可能解决的难题。要挑战世界难题吗?

要!

为了迎接挑战,他进行了大量的文献研究,分析总结前人挑战失败的原因。

突然有一天,他想:我们为什么非要局限在像玻璃一样的透明导电板上呢?换一种材料,只要能解决吸光和导电的问题,不就行了!就这样,“染料敏化+半透明丝网”组成的全新结构的太阳电池模型诞生了。

说起来容易,做起来难。对于他设想的这样一个全新结构的太阳电池,既没有现成的加工设备,也没有现成的材料,更没有现成的加工工艺,甚至连满足技术要求的导电纤维及织网都没有!

那就想办法找!你一定想象不到,如此高科技的太阳电池,最初的实验材料竟然是跟纱窗厂借的。

因为说到透明,日常生活中除了玻璃窗不是还有部分透明的纱窗吗?因此纱窗成了验证技术新思路的最佳突破口。

可是,大部分厂家的纱窗均不符合要求。正当一筹莫展之时,一次偶然的机会,邹德春从网上找到一家能提供符合要求的金属纤维及编织丝网的高端纱窗生产厂家。

当时人家还以为他是装修要用呢,而且要得非常急,于是搭了一辆进城的大货车就给送来了。在一个大雪纷飞的傍晚,双方在路边见了面。

接下来,科研团队便开始用这些“得来不易”的宝贝忙活起来。当时实验室的情景,真的像是加工车间一样,所以常有路过实验室的同学误把邹德春称为“邹师傅”。

很快,这个用普通金属丝网制作的太阳电池雏形样品研制了出来,他们把它接到专业仪器上进行测试。

啊,指示灯亮了!

大家高兴极了!他们研究了将近两年的项目,第一次成功了!这个“纱窗实验”证明了用金属丝做太阳电池基底是可行的!

但是,这个不锈钢网的电流太微弱了,材料还是不够柔软、有韧性。还不是可以做太阳电池衣服的材料。

于是邹德春带领团队继续发力!

经过反复研究,他们在国际上首次提出使用柔性纤维,实现双电极缠绕结构纤维太阳电池的新想法。

当然,光有想法还不够,还需要得到实践的检验。

摆在大家面前的是一个技术大难题:要真正做出可编织的单根柔性纤维太阳电池,必须在一根和头发丝差不多粗细的金属丝上,一层又一层、精准无误地涂上厚度只有纸的百分之一的电能转化材料层。这是在微观世界的精雕啊!

面对挑战,他们能做的就是想方设法改进设备,攻关制备工艺。

在如此关键的时刻,邹德春病倒了。但实验不能停呀!刚刚做完手术,全身插了5根管子只能躺在病床上的他,还在牵挂工作……

在所有人的共同努力下,首批柔性纤维结构的太阳电池样品研制了出来——一根只有几厘米长的细线。

当操作人员无比紧张地把多根这样的细线连起来,并接到小风扇上时,风扇转动起来了!

团队沸腾了!

当他们把这个实验成果发布出去的时候,得到了世界同行的高度关注和认可。这让我国得以跻身世界太阳电池技术领域领先行列。

他们乘胜追击,继续研究,现在,纤维太阳电池的长度已经超过了1米。

回首过往,邹德春说:“人要敢想,一切才有可能。但是科学不是空想,科学要实干。唯有动手做才能出成果。”

柔性纤维太阳电池让人们“用衣服采集阳光能量发电”的梦想成为可能。但是要在生活中大量使用还要解决很多问题,需要一个漫长的过程。

供稿单位:重庆市产学研合作促进会

作者:潘复生,中国工程院院士、重庆大学教授、重庆市科学技术协会主席

审核专家:毛弋,重庆市科学传播专家团首席专家,重庆电子工程职业学院教授

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