МИТ развија ултра танке соларне ћелије

Соларна енергија је најзаступљенији извор енергије на свету и развој ефикасних и стабилних соларних ћелија може значајно да ублажи глобалну енергетску кризу, а технологија соларних ћелија се сматра кључним стубом транзиције чисте енергије. У будућности, соларне ћелије ће играти све важнију улогу у технолошком развоју и животном веку производње, не само за кровове и соларне фарме, већ и за напајање аутоматизованих ваздухопловних машина као што су авиони и сателити.

Упоредо са развојем производних процеса за полупроводничке електронске компоненте, свет је видео изванредну количину истраживања соларних ћелија и широк спектар производних технологија. Међу њима, ултратанке ћелијске соларне ћелије имају јединствено обећање у овој области јер се могу применити на различите неправилне, закривљене или на други начин неприкладне површине, и могу смањити потрошњу материјала и производне захтеве, директно смањујући трошкове.

У недавном раду објављеном у најновијем броју часописа Смалл Метходс, инжењери са Масачусетског института за технологију (МИТ) кажу да су развили ултра танку соларну ћелију која може брзо и лако претворити било коју површину у извор енергије. Соларна ћелија, која је тања од људске косе и приања уз комад тканине, тешка је само стоти део конвенционалног соларног панела, али производи 18 пута више електричне енергије по килограму и може се интегрисати у једра за чамце, шаторе за помоћ у катастрофама и цераде, крила дронова и површине разних зграда.

Типична соларна инсталација на крову у Масачусетсу је око 8,000 вати", каже Маиуран Сараванапаванантхам, водећи аутор чланка. Да бисмо произвели исту количину електричне енергије, нашој фотонапонској мрежи потребно је само око 20 кг (44 лбс). ) да се дода на кров куће“.

Стварање ултра танких соларних ћелија

Тим МИТ-а који стоји иза ове технологије настојао је да надогради свој претходни напредак у науци о материјалима, а 2016. је завршио ултра танку соларну ћелију која је довољно тешка да седне на мехур од сапунице без ломљења. Традиционалне технике за производњу соларних ћелија захтевају вакуумске коморе и скупе методе таложења паром. Овог пута, да би повећали технологију, научници су се окренули наноматеријалима за штампање заснованим на е-мастилу како би поједноставили процес.

Ултра танке соларне ћелије

У нано-чистој просторији, истраживачи су користили екструзиони премаз за наношење слојева нано-електронског материјала на подлогу дебљине 3 микрона, након чега је уследило сито штампање да би се одштампале електроде и комплетирао соларни модул, након чега је уследило гуљење штампаног модула, који је дебео око 15 микрона, од пластичне подлоге да формира ултра-лаки модул соларног уређаја. Али овим танким, самостојећим соларним модулом је тешко руковати и лако се цепа, што отежава његово постављање.

Истраживачи су стога огулили и залепили модул на подлогу од тканине која је обезбедила механичку чврстоћу потребну да спречи кидање. Лагана, флексибилна подлога, заснована на композитном материјалу Динеема, тежи само 13 грама по квадратном метру и може да причврсти соларне ћелије на њу. Додавањем слоја лепка за очвршћавање који је дебео само неколико микрона, соларни модули се могу везати за Динеема, што резултира ултра лаганом и робусном соларном структуром.

Одличне перформансе и широке могућности примене

Овај издржљиви фотонапонски систем од тканине је дебео 50 микрона и тежи мање од 1 грама површине модула (еквивалентно густини површине од 105 г/м2). Експериментални тестови су показали да самостојеће ултра танке соларне ћелије могу да произведу 730 вати по килограму, а ако су везане за „Повер Хорсе“ тканину високе чврстоће, могу постићи и специфичну снагу од 370 вати по килограму, 18 пута. оне конвенционалних соларних ћелија. Интеграција ултра танких модула у композитну тканину чини их механички флексибилним и ови фотонапонски системи од тканине задржавају своје перформансе након 500 циклуса намотавања, са преко 90 процената њиховог почетног капацитета производње енергије. Поред тога, овај метод производње ћелија може се проширити на производњу флексибилних ћелија са већим површинама.

Илустрација: ОПВ модул и посебан Парилене уређај. А) Фотографија завршеног ОПВ модула на ПЕТ подлози. Б) Струјно-напонске карактеристике контролног уређаја (ПЕТ-ИМИ, ПЕТ-АгНВ) и парилена на ПЕТ уређају пре и после одвајања од ПЕТ носача.

Ултра танке соларне ћелије дале су подстицај потрази за алтернативним изворима енергије. Пошто су ове соларне ћелије тако танке и лагане, могу се причврстити на много различитих површина. На пример, могу се интегрисати у једра чамца да би обезбедили снагу на мору, залепити на шаторе и цераде који се користе у операцијама опоравка од катастрофе или применити на крила дронова како би се проширио њихов домет лета. Ова лагана соларна технологија се такође може лако интегрисати у изграђено окружење и може имати значајан утицај на будући дизајн и изградњу грађевинске индустрије. Поред тога, ове преносиве соларне ћелије могу се напајати као носиве структуре напајања у покрету, или се могу транспортовати и брзо распоредити у удаљеним областима како би пружиле помоћ у хитним ситуацијама.

Будући изазови

Истраживачи кажу да иако су њихове соларне ћелије лакше и флексибилније од конвенционалних ћелија, оне морају да буду затворене у други материјал како би се заштитиле од околине. А органски материјал на бази угљеника који се користи за прављење ових ћелија може се променити интеракцијом са влагом и кисеоником у ваздуху, што би могло смањити перформансе ћелија.

Фотографија: Ултра танке соларне ћелије на тестирању

Према Јеремиах Мваури, истраживачу у Лабораторији за истраживање електронике МИТ-а, затварање ових соларних ћелија у тешко стакло, као што је стандардна пракса за традиционалне силицијумске соларне ћелије, минимизирало би вредност тренутног напретка, тако да тим тренутно развија ултра танко паковање решења за решавање деградације ћелија услед утицаја животне средине, што би додало ултра-лаке уређаје само за делић тежине.

Јеремиах Мваура је додао: "Покушавамо да уклонимо што је могуће више несоларног активног материјала, а да и даље задржимо форму и перформансе ових ултра-лаких и флексибилних соларних структура. Знамо, на пример, да процес производње може бити даљи поједностављено штампањем подлога које се могу ослободити, што је еквивалентно процесу који користимо да направимо друге слојеве у нашим уређајима. Ово ће убрзати превођење ове технологије на тржиште."

Како се ниво науке и технологије наставља да се развија, откривање и употреба широког спектра нових материјала, технологија и извора енергије сигурно ће наставити да покреће развој апликација соларних ћелија. Ултра танке соларне ћелије ће такође створити већу вредност за друштво у блиској будућности.