Samoprzylepne panele słoneczne

„Baterię słoneczną można przykleić do wszystkiego, od przenośnych zasilaczy do gadżetów po inteligentne ubrania, a nawet autonomiczne kombinezony kosmiczne astronautów”, powiedział Xiaolin Zheng, artykuł opublikowany w „Scientific Reports”.

Połączenie cienkowarstwowej elektroniki z nowymi panelami słonecznymi otworzy możliwości tworzenia nowych urządzeń technicznych, a to dopiero pierwszy etap rozwoju tej technologii. Technologia „odrywania i kalkomanii” może być stosowana całkowicie wszechstronnie, zapewnił szef zespołu fizyków Uniwersytetu Stanforda Xiaolin Zheng.

Zheng i podobnie myślący ludzie opracowali i odtworzyli prawdziwe naklejki na baterie słoneczne, które były wynikiem eksperymentów z filmami z tlenku krzemu i niklu o grubości nanometra. Naukowcy wyjaśniają, że panele słoneczne tradycyjnie mogą działać normalnie tylko na bardzo, bardzo płaskich powierzchniach, na specjalnych podłożach, takich jak szkło lub krzem.

Problem polega na tym, że jeśli użyjesz innych podłoży, nie będą one działać z powodu złej płaskości powierzchni, niskiej odporności na wysokie temperatury i obróbki chemicznej. Ta tradycja znacznie ogranicza zakres stosowania źródeł energii słonecznej przy jednoczesnym wzroście ich kosztów.

Dzięki oryginalnemu podejściu twórcom udało się pozbyć tych braków w cienkowarstwowych bateriach. Główną ideą było oddzielenie gotowej baterii od płytki krzemowej, aby można było zastosować dowolne podłoże, niezależnie od jego płaskości i sztywności.

Naukowcy zostali zachęceni przez technologię do produkcji grafenu przez odkrywców Game i Novoselov. Korzystając z podobnej techniki, Xiaolin Chzhen i współpracownicy nałożyli najcieńszą warstwę niklu (300 nm) na płytkę wykonaną z mieszaniny tlenku krzemu i czystego krzemu poprzez odparowanie wiązki elektronów.

Kolejny etap uzyskanej dwuwarstwowej struktury został zastosowany do aktywnej części cienkowarstwowej baterii słonecznej i ochronnej warstwy polimeru, aby zapobiec kontaktowi aktywnej części z wodą. Następnie przyklejono termiczną taśmę klejącą do jednej krawędzi i płytkę umieszczono w łaźni wodnej w temperaturze pokojowej.

Kilka minut później naukowcy oddzielili krawędź taśmy, tak aby cząsteczki wody przenikały między niklem a płytą, a następnie podnosząc pasek taśmy termicznej, fizycy całkowicie oddzielili całą warstwę powstałej baterii słonecznej od płytki krzemowej. Na etapie całkowitego rozdzielenia filmu naukowcy rozgrzali całą strukturę do 90 stopni, aby osłabić przyczepność.

Po oddzieleniu od płytki folię można przykleić do powierzchni docelowej za pomocą kleju, a samą płytkę można ponownie wykorzystać do utworzenia następnej naklejki baterii.

Należy zauważyć, że otrzymane filmowe ogniwa słoneczne wykazują prawie taką samą wydajność przed i po oddzieleniu filmu od podłoża. Pomiary wykazały, że prąd i napięcie przed i po procesie wymiarowania blachy ze stali nierdzewnej lub szkła sodowo-wapniowego są nierozróżnialne, należy rozumieć, że podczas przenoszenia naklejki na dowolną powierzchnię nie dochodzi do uszkodzenia.

Średnie pomiary wskaźników wydajności ponad 20 paneli słonecznych o powierzchni odpowiednio 0,05 m2 i 0,28 m2, odpowiednio, wykazały wydajność = 7,4 ± 0,5% i 5,2 ± 0,1% przed procesem sklejki i wydajność = 7,6 ± 0,5% in = 5,3 ± 0,1% po sklejce. Różnica w wydajności między ogniwami o różnych rozmiarach wynika z wysokiej rezystancji akumulatorów połączonych szeregowo.

Jednak ważniejsze jest, aby oba panele słoneczne miały prawie identyczne wskaźniki wydajności przed i po procesie wymiarowania, a odchylenie wynosi tylko 5%, co mieści się w zakresie błędu pomiaru. Wyniki te ilustrują kilka kluczowych zalet tej technologii: wszechstronność w wyborze podłoża, wysoką jakość oryginalnego projektu, prostotę i skalowalność procesu, a także dodatkowe oszczędności na wielokrotnym użyciu oryginalnych silikonowych podłoży.

Zheng twierdzi, że takie filmowalne ogniwa słoneczne można przykleić do dowolnej powierzchni: szkła, tkaniny, papieru lub innego nietypowego materiału fotoelektronicznego, nawet na ścianach domów. I w każdym przypadku akumulator będzie wytwarzał taką samą ilość energii elektrycznej, jak tradycyjne panele słoneczne poprzedniej technologii, przy zachowaniu wydajności 7,5%.

Ponadto nalepka baterii łatwo się wygina, co nie prowadzi do awarii ani obniżenia wydajności. Naukowcy przewidują, że ta niezwykła właściwość przy niskich kosztach pozwoli na użycie nowych paneli słonecznych - naklejek jako źródeł zasilania inteligentnych ubrań i innych urządzeń elektronicznych, w których ważna jest elastyczność.