新型膜材料保护薄膜太阳能电池

来自新加坡材料研究和工程研究所（IMRE）的科学家开发了一种阻挡层薄膜，可用于像低成本太阳能电池、柔性显示器和有机发光二极管（OLED）中，显著提高这类塑料电子器件的寿命。同当前其他方案相比，这种新技术可将器件抵抗潮湿的能力提高1000倍。　　

根据Nanomarkets LLC（弗吉尼亚州Glen Allen）的报告，在未来五年内，全球塑料电子市场会超过230亿美元，将会有比硅更具柔性、重量更轻且价格更低的电子器件面市。然而，这类器件的一个关键就在于有机材料对水蒸气和氧气非常敏感，这些气体通常都会逐渐穿透塑料保护层。　

将防止潮湿的氧化物阻挡薄层涂覆到塑料基板过程中，常常会产生像针孔、裂缝和晶界之类的缺陷，而这些缺陷会形成可让氧和水分子通过的孔洞。为了防止这些破坏性的缺陷，现有的技术通常会再覆盖几层高分子和金属氧化物交替层将孔洞隔离开，这样有害的分子难以到达塑料基板表面。目前商用薄膜在25°C和90%相对湿度（RH）条件下水气的穿透率约为10-3 g/m2每天。　　

对有机器件来说，理想薄膜在39°C和90% RH条件下的穿透率要低于10-6 g/m2/天。这也正是IMRE
的科学家们通过不同的方法解决“孔洞”效应后达到的目标。IMRE是新加坡科学、技术和研究局（A*STAR）下属的一个研究所。他们不是通过多层膜来阻挡缺陷，而是采用纳米微粒将缺陷固定在阻挡氧化膜上。这项工作不仅效率更高，而且可以将所需阻挡层的数目减小到两层――即阻挡氧化层和纳米微粒密封层。除了能将缺陷密封外，第二层中的纳米微粒还可以与湿气和氧反应而阻止其渗透。　
　

“有了这种胜过理想要求的保护措施，制造商们就有机会大幅度地提升塑料电子器件的寿命了，”该项目的首席研究员Senthil Ramadas这样介绍。　　

与其他超过制造技术极限的情况类似，IMRE的研究人员也面临着测试极限的问题。为了克服这一障碍，该团队还开发了可以测量透过率低于10-8 g/m2/天的高敏感性系统。IMRE塑料阻挡层的性能在工艺创新中心（CPI，英国Wilton）进行了测试和验证。　　

Exploit Technologies Pte. Ltd.（ETPL，新加坡）是A*STAR的商业化分支，已经开始资助IMRE的研究以使其市场化。“这个研究团队已经开始与太阳能和柔性显示器、照明工业制造商接洽，他们目前正在对阻挡层薄膜进行量产评估，” Mark Auch这样介绍，他说IMRE团队中的一员，目前已经积极介入到该技术的商业化中。IMRE已经签署了数项协议，包括与薄膜太阳能制造商G24Innovations（威尔士Cardiff）的合作协议。根据公司总裁Clemens Betzel介绍，该阻挡层薄膜很可能意味着“染料敏化太阳能电池的重大进展。”