科幻、尖端、另类—代表人类最高技术水平的可穿戴光伏系统

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科幻、尖端、另类

代表人类最高技术水平的可穿戴光伏系统

兔子君导读

        做光伏的同行们聊天都有谈笑间樯橹灰飞烟灭的气概，动辄就是今天谁谁谁上了几个吉瓦大项目，谁谁谁又做了90片的大组件，仿佛做大是永远的主题。但是太阳能光伏作为一个百搭的技术，其应用的范畴只会被我们的脑洞所限，正如最好的商业机会也只会被我们的脑洞所限一样。身处新兴产业的滚滚洪流，心态开放、海绵头脑、脑洞大开正式光伏人的生存之道。今天兔子就请大家把什么工业用、商用、户用光伏电站统统扔到脑后，把大家的尺度缩小再缩小，给大家聊一聊一个非常另类、非常科幻的应用——可穿戴光伏。

（皮肤穿戴式体征检测系统，Lee, PNAS, 2016）

研究前沿

第一次关注这个领域还要追溯到前年底，兔子在美国波士顿参加的材料研究学会秋季会议（Material Research Society Fall Meeting）。作为全球最大的材料学术会议，会场实在是大得令人发指。几十个分会场同时开讲，让听众分身乏术。有的分会场无聊到听众还没有发言人多，但唯有一个分会场是人山人海，挤得水泄不通，站的人比坐的人还多。讲台上侃侃而谈的，是美国伊利诺伊香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的John Rogers教授，报告的题目正是本篇的主题“可穿戴光伏设备”。此君是生物电子学大牛，得意之作是把电子传感器放在心脏、大脑等器官上面（画面有些血腥就不放出来了），将器官温度、颜色、搏动、化学成分等信息转化为电信息，通过无线传输发到体外的接收仪器上，为病患和医护人员诊断、检测、急救提供体征信息。

一切看上去都很美好，只有一个大问题——这些贴身的或者植入的电子设备，用什么供电呢？为此科学家们绞尽脑汁，想尽了各种办法。储电还相对直截了当一点，有用电池和超级电容的；但是发电就苦了各位了，有用压电材料的、摩擦生电的、热电效应的……但各有各的问题，没有一个说是特别好使的！没办法，Rogers组只有放大招了，用太阳能电池（早干嘛去了）！干净、无需维护、经久耐用、电压调控容易，太阳能电池具有其他技术无法比拟的优点。

（选用的MicroLink Devices的砷化镓多结高效柔性轻薄太阳能电池）

能源管理技术

1. 太阳能电池

然而这里需要的太阳能电池，跟其他主流的应用场景有完全不一样的需求。

（1）必须要上高效电池，人体那是寸土寸金，必须要在很小的面积上发更多的电。

（2）必须要弱光响应好，你不可能让人天天去大太阳下暴晒。

（3）必须要柔性。贴身皮肤的柔性还不是一般意义上的可弯曲折叠的问题，而是要随着皮肤可以拉扯！（4）稳定性要好。

相对于这几个条件，成本倒不是很重要的因素了。应用于可穿戴和医疗的光伏设备，其价值密度要比白菜价的商用户用光伏高的多，漫天要价也会有市场。

几番盘算，MicroLink Devices的砷化镓多结高效柔性轻薄太阳能电池成为了这项研究的首选。

2. 能源管理系统

电路设计是在PDMS衬底上完成的，电子束蒸发的铜经过光刻以后就成为了元件互连的导线。封装和衬底材料用的是弹性的和身体无反应的硅胶。仅仅几个毫米长宽宽，几十个微米厚的砷化镓多结电池和同样大小的锂离子电池通过低温合金焊接在了一起。这些单个单元通过铜线连成10 x 10或者更大的阵列。

上面说了，贴身可穿戴光伏的难点在于随着皮肤的拉伸整个器件都要牵动。这就意味着，除了太阳能电池本身需要具有柔性，电池的互连也需要具有延展性。这帮科学家在这方面狠下了功夫，把连接的导线设计成弯弯曲曲的样子，当皮肤被牵扯的时候这些导线就被拉直，并不影响整个系统的效能。

3. 集成电路设计

这个事情到这里还没有完，只有能源管理系统还做不了任何事情呢。必须要加上传感器、CPU，内存、模数转换单元、电源控制系统单元，才能实现数据采集的功能，而且还要加上近场通信系统NFC，才能把数据传输出去……这一台小电脑，也就指甲盖这么大！不干胶往身上一贴，完事。

总结

人类目前最前沿的可穿戴技术就是兔子向各位呈现的这样。这种技术应用了目前最前沿的可穿戴光伏技术。技术非常昂贵，但是完全可以期待。市场，也是完全可以期待的。是不是感觉未来就在眼前了？兔子套用一个最近非常流行的名言来结束本篇：

The future is already here — it's just not very evenly distributed.

（John Rogers的电子纹身，兔子无力吐槽!!!）

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