211service.com
Lankstūs silicio saulės elementai
Įprastos saulės baterijos yra didelių gabaritų ir standžios, tačiau lengvų, lanksčių elementų kūrimas reikalauja kompromisų dėl efektyvumo ir tvirtumo. Naujas lanksčių mažų silicio saulės elementų masyvų gamybos metodas galėtų pagaminti įrenginius, kurie nepatirs šių kompromisų. Šių mikroelementų matricos yra tokios pat veiksmingos kaip įprastos saulės baterijos ir gali būti pigesnės gaminti, nes sunaudoja žymiai mažiau silicio. Mažytes saulės elementus, be kitų dalykų, būtų galima naudoti langų tamsinimo procese ir jie gali būti naudojami automobilio oro kondicionieriui ir GPS maitinimui.
Lanksčioji silicio galia: Mažų silicio saulės elementų matricos, tokios kaip šioje nuotraukoje, yra surinktos naudojant perdavimo spausdinimo techniką. Šios matricos yra tokios pat veiksmingos kaip ir įprasti saulės elementai, kurie yra dideli ir standūs. Kiekviena masyvo mikroląstelė yra maždaug 1,5 milimetro ilgio ir 15 mikrometrų storio.
Tyrėjai, vadovaujami Džonas Rodžersas , medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius iš Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign, naudojo ėsdinimo ir perkėlimo spausdinimo derinį, kad sukurtų silicio elementų matricas, kurios yra dešimtadalio įprastų elementų storio. Jie pademonstravo daugybę galimų saulės baterijų su mikroelementais konstrukcijų, įskaitant tankias matricas, pakankamai lanksčias, kad sulenktų aplink pieštuką. Galite juos suvynioti kaip kilimą, gabenti furgone ir išskleisti ant stogo, sako Rogersas.
Procesas grindžiamas lanksčios elektronikos gamybos būdais, kuriuos Rogers kūrė pastaruosius kelerius metus. Pirma, Ilinojaus mokslininkai išgraviruoja maždaug 1,5 milimetro ilgio, 50 mikrometrų pločio ir 15 mikrometrų storio strypus iš monokristalinio silicio plokštelės. Jie naudoja antspaudą, pagamintą iš minkšto polimero, kad paimtų mikrobarus ir padėtų ant pagrindo, kuris gali būti stiklas arba lankstus plastikas, ir tada pagamina jungtis. Rogersas išsiaiškino, kad 15–20 mikrometrų ląstelių storis išlaikė gerą pusiausvyrą: pakankamai plonas, kad būtų lankstus, bet pakankamai storas, kad būtų mechaniškai stabilus ir efektyvus. Įprastose saulės baterijose naudojamas 150–200 mikrometrų storio silicio sluoksnis.
Ląstelių matricų efektyvumas yra apie 12 procentų. Ilinojaus mokslininkai padidino matricų galią maždaug du su puse karto, pridėdami koncentratorių cilindrinių mikrolęšių sluoksnio pavidalu. Geriausi saulės elementai rinkoje paverčia daugiau nei 20 procentų saulės šviesos, kuri patenka į juos į energiją.
Tai puiki pradžia efektyviau naudoti silicio plokšteles, sako Howardas Branzas , pagrindinis mokslininkas silicio medžiagų ir prietaisų grupėje Nacionalinėje atsinaujinančios energijos laboratorijoje Golden, CO. Taikydami pernešamo spausdinimo metodą, sako Branzas, Rogersas ir jo grupė pirmą kartą pademonstravo, kaip tokias plonas ląsteles galima gaminti dideli plotai.
Lankstūs saulės elementai, pagaminti iš kitos formos silicio, vadinamo amorfiniu siliciu, rado vietą nišose, kur mažas svoris yra labai svarbus. Tačiau šie elementai nebuvo plačiai naudojami, nes jie yra daug mažiau efektyvūs nei kristalinis silicis, naudojamas įprastuose saulės elementuose. Yra daug grupių, dirbančių su naujomis medžiagomis, įskaitant polimerus lankstiems saulės elementams. Tačiau šios medžiagos dar neatitinka silicio efektyvumo ir ilgaamžiškumo, sako Rėjus Čenas , Teksaso universiteto Ostine mikroelektronikos tyrimų centro profesorius. Negaliu pasakyti, kad silicis bus į medžiaga ilgainiui, sako Chen. Tačiau remiantis šiuo metu turimais duomenimis, [monokristalinis] silicis yra labai tvirta medžiaga, kurios pranašumas yra patikimumas ir efektyvumas.
Pasak Rogerso, pagrindinis saulės elementų masyvų kūrimo privalumas, naudojant jo perdavimo spausdinimo procesą, yra galimybė valdyti atstumą tarp mikroelementų. Retos ląstelių matricos yra pusiau skaidrios ir gali būti naudojamos kaip tonuotos, energiją gaminančios langų dangos. Rogersas taip pat tikisi, kad ploni saulės elementai pakeis įprastinius saulės elementus ant stogų ir kitose vietose, kur jau yra saulės elementų. Jei Ilinojaus technologija pasirodys pigesnė ir lengviau transportuojama bei montuojama nei įprastiniai elementai, tai gali pašalinti kai kurias kliūtis plačiau naudoti saulės energiją.
Vis dėlto lieka klausimų dėl Rogerso saulės elementų efektyvumo. Branzas teigia, kad norint pakeisti žaidimą, šių ląstelių efektyvumas turi būti artimesnis 15 proc. Yra esamų metodų, kaip padidinti monokristalinio silicio saulės elementų efektyvumą iki daugiau nei 20 procentų, sako Rogersas, ir šie metodai gali būti taikomi ir mikroelementams, nors Ilinojaus universiteto mokslininkai dar nesikoncentravo į medžiagos efektyvumo optimizavimą.