Солнечный элемент толщиной с бумагу может превратить любую поверхность в источник энергии

Прочитано: 166 раз(а)


Инженеры Массачусетского технологического института разработали сверхлегкие тканевые солнечные элементы, которые могут быстро и легко превратить любую поверхность в источник энергии.

Эти прочные, гибкие солнечные элементы , которые намного тоньше человеческого волоса, приклеены к прочной и легкой ткани, что упрощает их установку на неподвижную поверхность. Они могут обеспечивать энергией на ходу в качестве носимой энергетической ткани или транспортироваться и быстро развертываться в удаленных местах для оказания помощи в чрезвычайных ситуациях. Они в 100 раз легче обычных солнечных панелей, генерируют в 18 раз больше энергии на килограмм и изготавливаются из полупроводниковых чернил с использованием процессов печати, которые в будущем можно масштабировать до производства на больших площадях.

Поскольку они такие тонкие и легкие, эти солнечные элементы можно ламинировать на самых разных поверхностях. Например, они могут быть интегрированы в паруса лодки для обеспечения питания в море, прикреплены к палаткам и брезентам, которые развертываются в операциях по ликвидации последствий стихийных бедствий, или установлены на крыльях дронов для увеличения дальности их полета. Эта легкая солнечная технология может быть легко интегрирована в застроенную среду с минимальными требованиями к установке.

«Метрики, используемые для оценки новой технологии солнечных батарей, обычно ограничиваются их эффективностью преобразования энергии и их стоимостью в долларах за ватт. Не менее важной является интегрируемость — легкость, с которой новая технология может быть адаптирована. Легкие солнечные ткани обеспечивают интегрируемость, придавая импульс текущей работе. Мы стремимся ускорить внедрение солнечной энергии, учитывая настоятельную необходимость развертывания новых безуглеродных источников энергии», — говорит Владимир Булович, председатель Fariborz Maseeh по новым технологиям, лидер органического и Лаборатория наноструктурной электроники (ONE Lab), директор MIT.nano и старший автор новой статьи, описывающей работу.

К Буловичу в статье присоединились соведущие авторы Маюран Сараванапаванантам, аспирант Массачусетского технологического института по электротехнике и информатике; и Иеремия Мваура, научный сотрудник Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института. Исследование опубликовано сегодня в журнале Small Methods.

Уменьшенный солнечный

Традиционные кремниевые солнечные элементы хрупки, поэтому они должны быть заключены в стеклянный корпус и упакованы в тяжелую толстую алюминиевую раму, что ограничивает, где и как их можно использовать.

Шесть лет назад команда ONE Lab произвела солнечные элементы, используя развивающийся класс тонкопленочных материалов, которые были настолько легкими, что могли сидеть на мыльном пузыре. Но эти ультратонкие солнечные элементы были изготовлены с использованием сложных вакуумных процессов, которые могут быть дорогими и сложными для масштабирования.

В этой работе они намеревались разработать тонкопленочные солнечные элементы, полностью пригодные для печати, с использованием материалов на основе чернил и масштабируемых технологий производства.

Для производства солнечных элементов они используют наноматериалы в виде электронных чернил, пригодных для печати. Работая в чистой комнате MIT.nano, они покрывают структуру солнечного элемента с помощью устройства для нанесения покрытий, которое наносит слои электронных материалов на подготовленную съемную подложку толщиной всего 3 микрона. Используя трафаретную печать (метод, аналогичный тому, как рисунки добавляются к футболкам с трафаретной печатью), электрод наносится на структуру, чтобы завершить солнечный модуль.

Затем исследователи могут отделить печатный модуль толщиной около 15 микрон от пластиковой подложки, сформировав сверхлегкое солнечное устройство.

Но с такими тонкими автономными солнечными модулями сложно обращаться, и они могут легко порваться, что затруднит их развертывание. Чтобы решить эту проблему, команда Массачусетского технологического института искала легкую, гибкую и высокопрочную подложку, к которой можно было бы прикрепить солнечные элементы. Они определили ткани как оптимальное решение, поскольку они обеспечивают механическую устойчивость и гибкость с небольшим дополнительным весом.

Они нашли идеальный материал — композитную ткань весом всего 13 граммов на квадратный метр, известную как Dyneema. Эта ткань изготовлена ​​из настолько прочных волокон, что их использовали в качестве канатов для подъема затонувшего круизного лайнера Costa Concordia со дна Средиземного моря. Добавляя слой УФ-отверждаемого клея толщиной всего несколько микрон, они прикрепляют солнечные модули к листам этой ткани. Это формирует сверхлегкую и механически прочную солнечную конструкцию.

«Хотя может показаться проще просто напечатать солнечные элементы прямо на ткани, это ограничит выбор возможных тканей или других принимающих поверхностей теми, которые химически и термически совместимы со всеми этапами обработки, необходимыми для изготовления устройств. подход отделяет производство солнечных элементов от их окончательной интеграции», — объясняет Сараванапаванантам.

Затмевают обычные солнечные батареи

Когда они протестировали устройство, исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что оно может генерировать 730 ватт энергии на килограмм, когда оно стоит отдельно, и около 370 ватт на килограмм, если оно развернуто на высокопрочной ткани Dyneema, что примерно в 18 раз больше мощности на килограмм, чем обычные солнечные батареи.

«Типичная солнечная установка на крыше в Массачусетсе имеет мощность около 8000 Вт. Чтобы генерировать такое же количество энергии, наши тканевые фотогальванические элементы добавят вес крыши дома всего на 20 кг», — говорит он.

Они также проверили долговечность своих устройств и обнаружили, что даже после скручивания и раскручивания тканевой солнечной панели более 500 раз элементы по-прежнему сохраняют более 90 процентов своих первоначальных возможностей по выработке энергии.

Хотя их солнечные элементы намного легче и гораздо более гибкие, чем традиционные элементы, они должны быть заключены в другой материал, чтобы защитить их от окружающей среды. Органический материал на основе углерода, используемый для изготовления элементов, может модифицироваться при взаимодействии с влагой и кислородом воздуха, что может ухудшить их работу.

«Закрытие этих солнечных элементов тяжелым стеклом, что является стандартным для традиционных кремниевых солнечных элементов , сведет к минимуму ценность нынешнего достижения, поэтому в настоящее время команда разрабатывает решения для ультратонкой упаковки, которые лишь незначительно увеличат вес нынешних сверхлегких устройств. «, — говорит Мваура.

«Мы работаем над тем, чтобы удалить как можно больше материала, не обладающего солнечной активностью, при этом сохранив форм-фактор и характеристики этих сверхлегких и гибких солнечных структур. подложек, что эквивалентно процессу, который мы используем для изготовления других слоев в нашем устройстве. Это ускорит вывод этой технологии на рынок», — добавляет он.

Солнечный элемент толщиной с бумагу может превратить любую поверхность в источник энергии



Новости партнеров