可印刷的柔性有机太阳能电池

与您习惯看到的太阳能电池不同，有机光伏电池由溶解在墨水中的化合物制成，并且可以使用简单的技术进行印刷和成型。其产品是一种重量轻、有柔性、半透明的薄膜，它可将太阳能转化为电能。汉娜 · 伯克斯特默向我们展示了它们是如何制造的——以及它们如何改变我们为世界提供动力的方式。

你或许发现了，
我穿着两只不一样的鞋。

这看起来也许挺可笑——

穿着的感觉的确挺可笑的——

我是为了说明一件事情。

假设我左脚的鞋代表可持续的足迹，

可持续足迹的意思是
人类消耗的自然资源

比地球可再生的要少，

以及我们排放的二氧化碳
比森林和海洋能再吸收的要少。

那是一个稳定而健康的状态。

而当今的形势更像是
我的另一只鞋。

它大太多了。

到2017年8月2日，

我们消耗的资源就已经
超过了地球这一年可再生的量。

这就好像刚到18号就
花光了这个月所有的钱，

然后剩下的日子要向银行借钱生活。

当然，你可以连续几个月这么过，

但如果不改变行为习惯的话，

迟早你会面临大麻烦。

我们都知道过度使用的毁灭性影响：

全球变暖、

海平面上升、

冰川和极地冰融化、

越来越极端的气候等等。

这个问题的严重性让我很沮丧。

让我更沮丧的是，
这问题已经有解决方案了，

但我们的行为却毫无改变。

今天我想和你们分享，

新型太阳能技术如何帮助
实现建筑物的可持续未来。

因为建筑物消耗我们
能源总需求的约40%，

所以解决建筑物的能耗

会显著减少温室气体排放。

根据可持续原则设计的建筑物

可实现电力生产、消耗的自给自足。

想要达到此目标，

首先需要尽可能减少消耗，

比如使用隔热的墙或窗户。

这些技术在市场上可以买到。

在需要能源来提供热水和暖气时，

可以用可再生的方式，

通过太阳能发热设备从太阳获取，

或者用热泵从地面和空气获取。

所有这些技术也是唾手可得。

最后要考虑的就是对电的需求。

原则上，有几种办法来
获取可再生电能，

但你知道几个建筑物顶部有风车？

或花园里有水力发电站？

应该没有几个，因为，
通常情况下这不符合常理。

但是太阳为屋顶和外墙面
提供了大量能源。

在建筑物表面取用能源
是潜力巨大的。

让我们以欧洲为例。

如果把朝向阳光的
所有区域都利用起来，

并且这些区域没有被
过度遮盖的话，

太阳能光伏产生的能源

能提供我们能源总需求的30%。

但当今的太阳能光伏产品并不完善。

它们的性价比确实不错，

但设计不是很灵活，

这使得美观方面是个挑战。

人们在想到建筑物的太阳能电池时，

经常想象的是这样的画面。

这也许在太阳能电厂适用，

但当你考虑到楼、街道
以及建筑物构架时，

美观很重要。

这就是当今安装太阳能电池的
建筑物不多的原因。

因为根本就不搭。

我们团队正着手于
完全不同的太阳能电池技术，

这种技术叫做
有机太阳能光伏，或OPV。

“有机”的意思是，

用在光吸收和电荷传输上的材料

主要基于碳元素，

而不是金属。

我们用不同的重复性单元

合成了聚合物的混合物，

就像在珍珠链上的一粒粒珍珠，

以及一种有足球形状的

叫富勒烯的小分子。

混合并溶解这两种成分
使其成为油墨。

就像真的墨水一样，

它可以用简单的印刷技术印出来，
比如在柔性基材上使用

连续卷对卷式槽模涂布技术。

这样制出的薄层是

用来吸收太阳能量的活性层。

这个活性层极其高效。

只需要0.2毫米厚的这种薄层

来吸收太阳的能量。

人类的头发都要比
这个薄层厚100倍。

举另外一个例子，

取一公斤基础聚合物，

制成活性油墨。

这样做出的油墨量

可以打印出整个足球场
那么大的太阳能电池。

因此OPV在原料利用率上
是非常高效的，

我觉得这对于可持续发展很关键。

在印刷工序之后，

就能得到像这样的太阳能模块。

它看起来有点像塑料片，

也确实具备很多塑料片的特征。

它很轻，

可以折弯，

而且是半透明的。

但它既能吸收室外的太阳能，

又能吸收室内的光，

这个被点亮的小LED灯就可以证明。

你可以利用它的塑料形式，

重量轻以及可弯曲的特点。

对于热带地区的建筑物，
重量轻是很重要的。

这些建筑物的屋顶设计
并不能承受特别重的负载。

例如，这里的屋顶设计
不会考虑冬天的积雪，

所以不能用很重的
硅太阳能电池来获取光能，

那这些很轻的太阳能片
就非常适用了。

如果想把太阳能电池与

膜结构建筑结合起来，
可弯曲的特点就尤为重要。

想象一下，悉尼歌剧院的
帆结构变成发电厂。

或者，可把太阳能膜片与

玻璃之类的传统建筑材料相结合。

反正许多玻璃外墙材料
已经包含了一层膜，

用来制作夹层安全玻璃。

在生产工序中加入
第二层膜并不难，

但这样做出的外墙材料中
包含了太阳能电池，

它就可以发电了。

除了美观之外，

这些集成太阳能电池
还有两个重要的优点。

还记得我之前展示的
屋顶的太阳能电池吗？

在该情况下，要先安装屋顶，

然后安装第二层，太阳能电池。

这增加了安装成本。

有了集成太阳能电池，

只需在施工现场安装一次，

建筑物的外壳与太阳能电池

同时安装。

这样除了能节省安装成本，

还能节约资源，

因为两个功能合并成一个部件了。

之前我谈到了光学。

我很喜欢这个太阳能板——

你可能会有不同的喜好
或设计需求——

没问题。

有了印刷工艺，

很容易改变太阳能电池的
设计和形状。

这就给建筑师、规划师及业主

提供了灵活性，

可以按他们的意愿来
集成这种发电技术。

我想强调一下，
这不是只发生在实验室里。

虽然还要几年才能
大规模采用这种技术，

但我们已经接近商业化，

意味着已经有公司具备生产线。

这些公司在扩大生产能力，

我们的油墨也在进步。

（鞋子踢踏声）

足迹比较小的这个舒服多了。

（笑声）

它大小合适，尺度正确。

能源消耗方面，我们也要
回到正确的尺度。

让建筑物保持碳中和是重要的一项。

在欧洲，

我们的目标是在2050年以前
使所有建筑物脱碳。

我希望有机太阳能光伏
将会发挥巨大作用。

这有几个例子。

这是第一个商业安装的
全印刷的有机太阳能电池。

“商业”是指太阳能电池
由工业设备印刷而成。

这个所谓的“太阳能树”是2015年

米兰世博会上德国馆的一部分。

它们白天可以遮阳，

晚上为灯供电。

你也许会好奇，这太阳能电池
为什么会选六角形状。

答案很简单：

建筑师想在地板上映出
特定的阴影图案，

要求了这个形状，

然后就按着要求印刷了。

离实际量产还很远的时候，

这个自由形式的安装
满足了来访的建筑师的设想，

效果远超我们的预期。

另一个应用就更接近

我们的目标项目和应用了。

这是巴西圣保罗的一栋办公楼，

玻璃外墙中嵌有半透明的OPV板，

来满足多个需求。

首先，它们给背后的会议室提供遮蔽。

其次，以一个创新的方式
展示了公司的标识。

当然，也能发电，

减少了整栋楼的能源消耗。

这预示着一种未来，

那时建筑物将不再是能源消耗体，

而是能源供给体。

我想看到太阳能电池

无缝嵌入建筑物的外壳，

实现既资源高效又美观的应用。

至于屋顶，硅太阳能电池
将仍然是个好的选择。

但还要挖掘所有外墙面
以及其他区域的潜力，

例如半透明区域，

弯曲的表面及阴影区域，

我相信有机太阳能光伏
能带来显著的贡献，

并且以建筑师和规划师
想要的任何形式呈现。

谢谢。

（鼓掌）