MIT izstrādā īpaši plānas saules baterijas

Saules enerģija ir pasaulē visbagātākais enerģijas avots, un efektīvu un stabilu saules bateriju izstrāde var ievērojami atvieglot globālo enerģētikas krīzi, un saules bateriju tehnoloģija tiek uzskatīta par tīras enerģijas pārejas galveno pīlāru. Nākotnē saules baterijām būs arvien lielāka nozīme tehnoloģiju attīstībā un ražošanas dzīvē ne tikai jumtiem un saules enerģijas fermām, bet arī automatizētu kosmosa iekārtu, piemēram, lidmašīnu un satelītu, darbināšanai.

Līdz ar pusvadītāju elektronisko komponentu ražošanas procesu attīstību pasaule ir piedzīvojusi ārkārtīgi daudz pētījumu par saules baterijām un plašu ražošanas tehnoloģiju klāstu. To vidū īpaši plānām šūnu saules baterijām ir unikāls solījums šajā jomā, jo tās var izmantot dažādām neregulārām, izliektām vai citādi nepiemērotām virsmām, un tās var samazināt materiālu patēriņu un ražošanas prasības, tieši samazinot izmaksas.

Nesenajā rakstā, kas publicēts žurnāla Small Methods jaunākajā numurā, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) inženieri apgalvo, ka ir izstrādājuši īpaši plānu saules bateriju, kas var ātri un viegli pārvērst jebkuru virsmu par enerģijas avotu. Saules baterija, kas ir plānāka par cilvēka matu un pielīp pie auduma gabala, sver tikai simtdaļu no parastā saules paneļa, bet saražo 18 reizes vairāk elektroenerģijas uz kilogramu, un to var integrēt laivu burās, katastrofu seku likvidēšanas teltīs un brezentā, dronu spārnus un dažādu ēku virsmas.

Tipiska jumta saules enerģijas iekārta Masačūsetsā ir aptuveni 8,{1}} vati," saka Mayuran Saravanapavanantham, raksta līdzautors. Lai saražotu tādu pašu elektroenerģijas daudzumu, mūsu auduma PV nepieciešami tikai aptuveni 20 kg (44 mārciņas). ) jāpievieno mājas jumtam."

Īpaši plānu saules bateriju izveide

Tehnoloģijas pamatā esošā MIT komanda centās balstīties uz saviem iepriekšējiem sasniegumiem materiālu zinātnē, un 2016. gadā tā pabeidza īpaši plānu saules bateriju, kas ir pietiekami smaga, lai sēdētu uz ziepju burbuļa, nesalaužot. Tradicionālajām saules bateriju ražošanas metodēm ir vajadzīgas vakuuma kameras un dārgas tvaika pārklāšanas metodes. Šoreiz, lai paplašinātu tehnoloģiju, zinātnieki ir pievērsušies apdrukājamiem nanomateriāliem, kuru pamatā ir e-tinte, lai vienkāršotu procesu.

Īpaši plānas saules baterijas

Nano-tīrā telpā pētnieki izmantoja ekstrūzijas pārklājumu, lai uz 3 mikronu biezas substrāta uzklātu nanoelektroniskā materiāla slāņus, kam sekoja sietspiede, lai izdrukātu elektrodus un pabeigtu saules moduli, kam sekoja drukātā moduļa nolobīšana. kas ir aptuveni 15 mikronus biezs, no plastmasas pamatnes, lai izveidotu īpaši vieglu saules enerģijas ierīces moduli. Taču ar šo plāno, brīvi stāvošo saules moduli ir grūti rīkoties, un tas viegli saplīst, tādējādi apgrūtinot tā izvietošanu.

Tāpēc pētnieki nomizoja un pielīmēja moduli uz auduma substrāta, kas nodrošināja nepieciešamo mehānisko izturību, lai novērstu plīsumu. Vieglā, elastīgā pamatne, kuras pamatā ir kompozītmateriāls Dyneema, sver tikai 13 gramus uz kvadrātmetru un var pielipt pie tā saules baterijas. Pievienojot cietējošas līmvielas slāni, kas ir tikai dažus mikronus biezs, saules moduļus var savienot ar Dyneema, tādējādi iegūstot īpaši vieglu un izturīgu saules struktūru.

Lieliska veiktspēja un plašas pielietojuma iespējas

Šī izturīgā auduma fotoelektriskā sistēma ir 50 mikronus bieza un sver mazāk par 1 gramu moduļa laukuma (atbilst laukuma blīvumam 105 g/m2). Eksperimentālie testi ir parādījuši, ka brīvi stāvošās īpaši plānās saules baterijas var ražot 730 vatus uz kilogramu, un, ja tās ir savienotas ar augstas stiprības "Power Horse" audumu, tās var sasniegt arī īpatnējo jaudu 370 vati uz kilogramu 18 reizes. parastajām saules baterijām. Īpaši plānu moduļu integrācija kompozītmateriālā padara tos mehāniski elastīgus, un šīs auduma fotoelektriskās sistēmas saglabā savu veiktspēju pēc 500 sarullēšanas cikliem, ar vairāk nekā 90 procentiem no to sākotnējās enerģijas ražošanas jaudas. Turklāt šo šūnu ražošanas metodi var paplašināt, lai iegūtu elastīgas šūnas ar lielākiem laukumiem.

Ilustrācija: OPV modulis un atsevišķa Parylene ierīce. A) Pabeigtā OPV moduļa fotogrāfija uz PET substrāta. B) Vadības ierīces (PET-IMI, PET-AgNW) un PET ierīces Parylene strāvas-sprieguma raksturlielumi pirms un pēc atvienošanas no PET nesēja.

Īpaši plānas saules baterijas devušas impulsu alternatīvu enerģijas avotu meklējumiem. Tā kā šīs saules baterijas ir tik plānas un vieglas, tās var piestiprināt pie daudzām dažādām virsmām. Piemēram, tos var integrēt laivu burās, lai nodrošinātu jaudu jūrā, piestiprināt pie teltīm un brezentiem, kas tiek izvietoti avārijas seku likvidēšanas operācijās, vai pielietot dronu spārniem, lai paplašinātu to lidojuma diapazonu. Šo vieglo saules enerģijas tehnoloģiju var arī viegli integrēt apbūvētajā vidē, un tai var būt būtiska ietekme uz būvniecības nozares turpmāko projektēšanu un būvniecību. Turklāt šīs pārnēsājamās saules baterijas var darbināt kā valkājamas enerģijas struktūras, atrodoties ceļā, vai arī tās var transportēt un ātri izvietot attālos apgabalos, lai sniegtu palīdzību ārkārtas situācijās.

Nākotnes izaicinājumi

Pētnieki saka, ka, lai gan viņu saules baterijas ir vieglākas un elastīgākas nekā parastās baterijas, tās ir jāievieto citā materiālā, lai pasargātu tās no apkārtējās vides. Un organisko materiālu uz oglekļa bāzes, ko izmanto šo šūnu izgatavošanai, var mainīt, mijiedarbojoties ar mitrumu un skābekli gaisā, kas varētu samazināt šūnu veiktspēju.

Foto: Testē īpaši plānas saules baterijas

Pēc MIT Elektronikas pētniecības laboratorijas pētnieka Džeremija Mvaura teiktā, šo saules bateriju iesaiņošana smagā stiklā, kā tas ir standarta prakse tradicionālajām silīcija saules baterijām, samazinātu pašreizējo sasniegumu vērtību, tāpēc komanda pašlaik izstrādā īpaši plānu iepakojumu. risinājumi, lai novērstu šūnu degradāciju no vides ietekmes, kas tikai pievienotu īpaši vieglas ierīces par svara daļu.

Jeremija Mvaura piebilda: "Mēs cenšamies noņemt pēc iespējas vairāk ar saules enerģiju nesaistītu aktīvā materiāla, vienlaikus saglabājot šo īpaši vieglo un elastīgo saules konstrukciju formu un veiktspēju. Mēs zinām, piemēram, ka ražošanas process var būt tālāks. vienkāršots, drukājot noņemamus substrātus, kas ir līdzvērtīgi procesam, ko izmantojam citu ierīču slāņu izgatavošanai. Tas paātrinās šīs tehnoloģijas pāriešanu tirgū."

Tā kā zinātnes un tehnoloģiju līmenis turpina attīstīties, visdažādāko jaunu materiālu, tehnoloģiju un enerģijas avotu atklāšana un izmantošana noteikti turpinās virzīt saules bateriju lietojumu attīstību. Arī īpaši plānās saules baterijas tuvākajā nākotnē radīs lielāku vērtību sabiedrībai.