Самозалепващи се соларни панели

„Слънчевата батерия може да бъде залепена за всичко - от преносими източници на захранване за джаджи, до умни дрехи и дори до автономни космически костюми на астронавтите“, казва Xiaolin Zheng, статия, публикувана в Scientific Reports.

Комбинацията от тънкослойна електроника с нови слънчеви панели ще отвори възможности за създаване на нови технически устройства и това е само първият етап от развитието на тази технология. Технологията „откъсване и отлепване“ може да се използва напълно универсално, увери ръководителят на екипа от физици от Станфордския университет Xiaolin Zheng.

Дженг с едноподобни хора разработва и възпроизвежда истински стикери за слънчеви батерии, които са резултат от експерименти с филми от силициев оксид и никел с дебелина на нанометъра. Учените обясняват, че традиционно слънчевите панели могат да работят нормално само на много, много плоски повърхности, върху специални основи, като например стъкло или силиций.

Проблемът е, че ако използвате други основи, те няма да работят поради лошата плоскост на повърхността, ниската устойчивост на високи температури и химическата обработка. Тази традиция значително ограничава обхвата на приложение на слънчевите източници на енергия с едновременно увеличаване на тяхната цена.

Разработчиците успяха да се отърват от тези недостатъци в тънкослойните си батерии поради оригиналния подход. Основната идея беше да се отдели готовата батерия от силициевата вафла, за да може след това да се използва всякакъв субстрат, независимо от неговата плоскост и твърдост.

Учените бяха подтикнати от технологията за производство на графен от неговите откриватели Game и Новоселов. По подобна техника Xiaolin Chzhen и неговите колеги прилагат най-тънкия никелов филм (300 nm) върху плоча със смес от силициев оксид и чист силиций чрез изпаряване на електронния лъч.

Следващата стъпка върху получената двуслойна структура беше приложена върху активната част на тънкослойна слънчева батерия и защитен полимерен слой, за да се предотврати контакт на активната част с вода. След това към един ръб е залепена термо скоч лента и плочата е поставена на водна баня при стайна температура.

Няколко минути по-късно учените отделиха ръба на лентата, така че водни молекули проникнаха между никела и плочата, след което вдигнаха лентата от термо лента, физиците напълно отделиха целия филм на получената слънчева батерия от силиконовата плоча. На етапа на пълно разделяне на филма учените предварително загряват цялата структура до 90 градуса, за да отслабят адхезията.

След отделяне от плочата филмът може да бъде залепен върху целевата повърхност с лепило, а самата плоча може да се използва отново, за да оформи следващия стикер за батерията.

Важно е да се отбележи, че получените филмови слънчеви клетки показват почти същата ефективност преди и след отделянето на филма от субстрата. Измерванията показаха, че токът и напрежението преди и след процеса на оразмеряване върху ламарина от неръждаема стомана или върху сода от варово стъкло са неразличими, разбира се, че по време на прехвърлянето на стикера върху каквато и да е повърхност не възникват повреди.

Средните измервания на показателите за ефективност на повече от 20 слънчеви панела с площ съответно 0,05 кв. М и 0,28 кв. См показаха ефективност = 7,4 ± 0,5% и 5,2 ± 0,1% преди процеса на шперплат и ефективност = 7,6 ± 0,5% и n = 5,3 ± 0,1% след шперплат. Разликата в ефективността между клетките с различни размери се дължи на високата устойчивост на батериите, свързани последователно.

По-важно е обаче и двата соларни панела да имат почти еднакви показатели за ефективност преди и след процеса на оразмеряване, а отклонението да е само 5%, което е в рамките на грешката в измерването. Тези резултати илюстрират няколко основни предимства на тази технология: гъвкавост при избора на субстрат, високо качество на оригиналния дизайн, простота и мащабируемост на процеса, както и допълнителни спестявания при използване на оригинални силиконови основи за многократна употреба.

Джън твърди, че такива филмови слънчеви панели могат да бъдат залепени към всяка повърхност: стъкло, плат, хартия или всякакъв друг нетипичен за фотоелектроника материал, дори по стените на къщите. И във всеки случай батерията ще генерира същото количество електроенергия като традиционните слънчеви панели от предишната технология, като същевременно поддържа ефективност от 7,5%.

Плюс това, стикерът за батерията лесно се огъва и това не води до повреди или до намаляване на ефективността. Учените прогнозират, че това забележително свойство на ниска цена ще позволи използването на нови слънчеви панели - стикери като източници на енергия за умни дрехи и други електронни устройства, където гъвкавостта е важна.