MCPLive > 杂志文章 > 给点阳光就灿烂手机与太阳能亲密接触

给点阳光就灿烂手机与太阳能亲密接触

2013-04-02苏驰《微型计算机》2013年3月下

喜欢

WYSIPS技术，让手机在阳光中灿烂！

WYSIPS技术早现身于CTIA 2011美国无线通信展会上，该技术宣传将太阳能面板隐藏在屏幕玻璃之间，手机在日光下晒一小时即可获得能够支持十分钟左右通话时间的电量。时隔两年，WYSIPS再次出山并在MWC 2013引起不少关注。拥有该技术的SunpartnerGroup宣称WYSIPS已经由上一代作品70%的透光率提升到90%，该公司也正在努力将透光率提升到95%的工业生产标准水平。目前该公司已和诺基亚达成合作共识，采用可充电屏幕的新一代诺基亚手机预计将在今年上市。而根据官方资料称该膜更适合3.5英寸至5英寸的移动设备，更大尺寸的膜会在稍晚的时候推出。由此可以猜想，今年推出的诺基亚太阳屏幕手机的尺寸应该也在这个范围之间。

WYSIPS太阳能贴膜结构并不复杂，它其实就是一块聚光型薄膜太阳能电池，主要有两层结构：一层是负责聚集阳光的透镜，一层是条状的透明太阳能电池带，负责聚集阳光的透镜则位于电池带上，这样可避免电池直接暴露于表面，同时透明条下的景象也显示得清清楚楚。而技术的关键就是上面的那层负责聚集阳光的透镜层。我们都知道，透射率是太阳能电池的一个重要属性——透射率越高，到达太阳能电池光吸收层的光线量就越多。那么怎么增加透射率呢？这时开发人员想到了放大镜的聚光原理——利用透镜将阳光聚集到狭小的面积上来提高电池板的发电效应。

WYSIPS第一层就是负责聚集阳光的透镜层。在结构上，该层是一种表面有凸起显微结构的高分子膜，显微结构可以折射射入的太阳光线，故太阳能板中的活性物质能吸收更多阳光，从而提高产量。它主要可以起到两个作用：一是阻止太阳能板表面的阳光反射；二是将阳光束缚在太阳能板中。研究者们通过一系列规则系统的模拟设计，才使贴膜的显微结构达到上述高效聚光的效果，这些规则系统主要模拟了太阳光线在全天中进入贴膜以及遇到太阳能板内部各种平面（包括保护玻璃罩、半导体材料）时的行为特征。这其中的关键在于折射理想数目的光线，也就是让尽量多的光线转到能进入太阳能板的入射角度，从而使尽量少的光线被反射出去。如果光线被玻璃或者半导体表面反射的话，贴膜会改变其中大部分光线的方向使其重新射回太阳能板。

SunpartnerGroup总裁Ludovic Deblois在MWC 2013亲自展示了该技术。

由于屏幕中引入了大约在0.3毫米左右的WYSIPS贴膜，因此如何让用户感觉不到这层贴膜带来的清晰度问题也成了WYSIPS技术能否成功的一大关键。因为太阳能电池需要吸收可见光，所以很多时候看起来会是黑色的。此前科学家也做过各种尝试，试图发明出透明的太阳能电池。不过因为难以找到合适的材料和透明导体，研制出的太阳能电池要么透明度不够，要么光电转化效率过低。据外媒称，WYSIPS膜采用了电极的标准材料—铟锡氧化物（IndiumTinOxide,ITO）。其实铟锡氧化物我们并不是第一次接触到，此前炒得沸沸扬扬的透明有机EL面板(OLED显示屏)透明的秘密就是采用了透铟锡氧化物。不过光采用透铟锡氧化物透明度并不能令人满意，如目前三星的OLED透明面板的透明度也仅达到75%，怎么做到全透明的效果呢？WYSIPS用了神奇的一招——它引入了和裸视3D屏幕相同的原理。裸视3D屏幕有两个不同的光通道，分别给左眼和右眼使用，运用在WYSIPS的设计中，就变成了一个通道让屏幕的背光穿出，另一个通道让正面进去的光抵达太阳能板，同时控制环境光的进光量，看起来就跟全透明一样。不过，采用铟锡氧化物也有一定的缺点，如铟价格高且相对稀少，而且铟锡氧化物既硬又脆，因此目前开发人员也正在寻找适合的替代品。现在，麻省理工的科学家已经找到了一种可能的替代品—更加低廉的石墨烯。这是一种由碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体平面薄膜。石墨烯几乎是透明的，因此由石墨烯制成的电极能够应用于透明有机太阳能电池，基本不会阻挡任何射入的光线。此外，石墨烯有很好的柔韧性，这也是做太阳能电池的不错选择。目前大的难题是，要把石墨烯用作有机太阳能电池的电极，对工艺要求相当高。

这是在2011年设计的一款完全由太阳能提供电力的笔记本电脑。

当然，除透镜层、透明太阳能电池之外，WYSIPS组件还包含纵轴和横轴交错的感测数组、塑料、玻璃和塑料混合的各类透明材质。这样阳光通过透镜层，太阳能电极层便可直接透过感测数组接收到阳光进行充电。太阳能电池的电流可个别或同时供应重复充电电池或者系统模块运用，而系统模块的供电来源可以是电池或是流量控制装置。太阳能充电层放在触控面板下方的好处是，不必改动既有的触控屏幕外观设计，进一步利用高透光度的ITO层或是感测材质，达到高效的太阳能充电效果。

尽管WYSIPS技术听起来很奇妙，但成本却极低，如果应用到4英寸大小的屏幕上所需要的费用甚至不到1美元。当然WYSIPS技术仍有需要改进的地方，如发电量不足—现在大约2.5mW/cm2，这是什么概念呢，就是你把手机放到太阳下晒上10分钟便可以获得2至4分钟的通话时间，而到2014年该技术便可以达成每平方公分5mW/cm²的成绩。当然，如果是把该技术运用到其他对透明度（如70%的透明度）要求不是很高的设备上，就可以获得10mW/cm²的电能。根据SunpartnerGroup实验室的测试数据显示，该膜可以承受-25℃至70℃的环境温度变化，使用寿命在7年左右。

当然，WYSIPS并不是孤独的先行者，如加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）研究人员也开发了类似WYSIPS的新透明太阳能电池面板。UCLA技术人员发现了一种新的合成近红外线光敏高分子材料，可吸收阳光大部分近红外线，但由于可见光并不敏感，这样可以调节能见波长区间内的太阳能电池性能和透明度。不同于WYSIPS技术采用铟锡氧化物, UCLA开发人员用银纳米丝和二氧化钛纳米粒子的混合物替代了原来不透明的金属电极。不过对于人眼来说，这一新型太阳能电池在550nm可见光下的透明度只达到了66%，电池充电量同样也还有很大进步空间，因此离真正的应用还有段距离。

新一代太阳能充电技术拥有广阔的天空

这款命名为“Luce”的笔记本电脑入围了富士通2011年设计大赛，它可以通过两块太阳能电池板，在白天为笔记本电脑提供持续不断的电力。第一块太阳能电池板放置在屏幕后，第二块放置在触摸式键盘下。由于使用了透明的聚碳酸酯材质，不仅让设计的外观变得光滑可鉴，同时也让整机的重量下降到不到4磅（1.8kg）。这款笔记本电脑还会搭载一块夜间续航电池，但是目前还没有确定这块电池怎样嵌入如此轻薄小巧的机身。

这款透明的PMP使用的是超级敏感的太阳能板，以很快地获得能量。它的大小和信用卡一样大，但是比信用卡更厚实一些，不过也完全适合放进自己的钱包里面。由于采用超敏感的太阳能电池板，使得这款PMP不需要阳光的直射便可以获得电能。

与传统硅电池相比，WYSIPS这种透明太阳能电池更轻薄，在同等体积的情况下，展开后的受光面积会大大增加。重要的是，这种太阳能电池板不需要任何装配，大大拓宽了太阳能技术的潜在应用范围。WYSIPS技术不光适用于智能手机屏幕领域，也同样适合MEMMS、bi-stable、LCD、OLED等屏幕。想象一下，以后你可以将太阳能电池贴在头盔、手机、可携带电子设备、衣服等任何东西的表面，如薄膜电子设备和薄膜太阳能电池的结合使从智能衣服到新航天系统领域的许多新产品有了现实可能性。未来，可以调温的宇航服将不再是宇航员的专享。在衣服表层嵌入这种轻薄柔软的太阳能电池，将太阳能转化为电能并储存，冬天可发热保暖，将提供四季如一的感觉，湿度、温度可以随意调节，衣服在夜间也会发出各种颜色的可见光，使人们的衣服更加绚丽。

随着未来转换效率更高、体积更薄、重量更轻、可随意弯曲粘贴、抗打击磨损的太阳能板陆续研发并实现产业化生产，将使人类真正进入便携时代，不再为随时随地的能源需求而困扰。人类文明史上蒸汽技术革命和电力技术革命带来的是第一次和第二次工业革命的巨大科技和生活进步。以原子能、电子计算机、互联网、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志的第三次科技革命，在未来结合新一代的太阳能电池板后，将给人类的生活和生产带来再一次飞跃性的改变。