211service.com
Mikroskopiniai saulės elementai galėtų matyti daugiau saulės šviesos
„Sandia National Laboratories“ mokslininkai sumažino silicio saulės elementus iki mikro masto, atverdami naujas galimybes pagerinti efektyvumą.
Mastelio mažinimo silicis: Šių sumažintų šešiakampių silicio saulės elementų skersmuo yra nuo 0,25 iki vieno milimetro. Ant kai kurių iš jų matomos linijos yra metaliniai elektros kontaktai.
Daugiakristalinis silicis, šiuo metu auksinis saulės elementų efektyvumo standartas, yra brangus ir gamina elementus, kurie yra sunkūs ir trapūs. „Sandia“ mikroskopiniai silicio saulės elementai sunaudoja 100 kartų mažiau medžiagos ir veikia tokiu pat efektyvumu.
Be mažesnių medžiagų sąnaudų, mažesnis šių elementų mastas reiškia, kad jie gali būti įtraukti į kompaktiškas optines sistemas, kad būtų galima pigiau sekti šviesą ir sutelkti dėmesį. Tyrėjai netgi gali juos sudėti į rašalą, kuris gali būti atspausdintas ant plastiko, kad sukurtų efektyvius, lanksčius silicio ir saulės modulius.
Mikrosistemose ieškote dalykų, kurie atpigtų, geriau veiktų ir įgytų naujų funkcijų, sako Gregory Nielson, projekto vyriausiasis mokslininkas.
Iki šiol Sandia mokslininkai surinko ir išbandė vieną mikro saulės elementą kaip principo įrodymą. Tačiau jie pradėjo bandyti veikiančius saulės modulius, pagamintus iš kelių mažyčių elementų, ir kuria būdus, kaip juos efektyviai surinkti.
Sandijos ląstelės yra nuo 0,25 iki vieno milimetro skersmens. Pagrindinis tokių mažų elementų gamybos pranašumas būtų mažesnės medžiagų sąnaudos, nes mažytės ląstelės gali būti apie 10 kartų plonesnės nei įprastos. Paprastai saulės elementai turi būti 100 mikrometrų storio, kad išlaikytų jų paviršiaus plotą – paprastai apie 15 kvadratinių centimetrų.
Sandia savo ląsteles gamina iš silicio, kuris buvo apdorotas įprastais cheminiais metodais. Tyrėjai iš šio silicio išpjausto ląsteles naudodami cheminio ėsdinimo techniką, kuri sukuria nereikšmingas atliekas. Jie apdoroja plokštelės paviršių, kad sukurtų veikiančiai ląstelei reikalingas elektrines savybes, tada papildo metaliniais kontaktais. Tada mokslininkai išgraviruoja viršutinius 10–20 mikrometrų plokštelės paviršiaus, naudodami chemines medžiagas, kurios sugeria tik tam tikrą kristalo struktūros dalį.
Gautos ląstelės yra apie 20 mikrometrų storio, bet turi tokį patį efektyvumą kaip ir įprastinės ląstelės, paverčiančios apie 14,9 proc. saulės šviesos į elektros energiją. Taip pat lengviau padaryti šešiakampes ląsteles, todėl maksimaliai išnaudojamas turimas plotas, neeikvojant daug silicio. Medžiagų taupymas yra didelis dalykas, sako Nielsonas.
Silicis ir saulė: Sandia tyrinėtojas Gregory Nielsonas turi daugybę mikroskopinių, daugiakristalinių silicio saulės elementų.
Mikroskopiniai saulės elementai suteikia naujų galimybių sutelkti ir sekti šviesą, o tai gali dar labiau padidinti elementų efektyvumą. Įprastos sekimo sistemos yra didelės ir sunkios, todėl jas turi perkelti varikliai. Mikro saulės elementų masyvas galėtų būti papildytas mikrolęšių matrica, kuriai reikia pajudinti tik milimetro dalį, kad būtų galima sekti saulę.
Mikroskopinės ląstelės taip pat gali būti derinamos su efektyvesniais lęšiais. Vietoj Frenelio lęšių, kurie yra didelių gabaritų ir užfiksuoja tik apie 80 procentų juos patenkančios šviesos, mikroelementai galėtų naudoti refrakcinius lęšius, kurie užfiksuoja 90 procentų gaunamos šviesos. Nepraktiška naudoti refrakcinius lęšius su įprastiniais saulės elementais, nes tokie lęšiai taptų per brangūs ir stambūs, esant reikiamam dydžiui (kuo didesnis objektyvas, tuo toliau jis turi būti montuojamas nuo elemento paviršiaus). Tačiau Sandia ląstelėms refrakcijos mikrolęšių matrica galėtų suderinti kiekvieną silicio įrenginį su vienu lęšiu, kurio skersmuo yra vos keli mikrometrai. Tokios matricos jau parduodamos.
Nielsonas teigia, kad kūrėjai galiausiai galėtų suspenduoti ląsteles skystyje, kad sukurtų rašalą, kurį būtų galima atspausdinti ant lanksčių pagrindų, padengtų elektriniais kontaktais, kad būtų sukurti lankstūs saulės moduliai.
Saulės elementų atveju lankstumas paprastai kenkia efektyvumui. Pavyzdžiui, įmonė Konarka iš organinių medžiagų gamina lanksčias saulės baterijas, tačiau jos veikia tik apie 4 proc. Manome, kad galime naudoti didelio efektyvumo medžiagas, kad suteiktume tokį patį lankstumą, naudodami penkis kartus mažesnį plotą, sako Nielsonas.
Nielsonas tikisi projekto, kuris finansuojamas per JAV Energetikos departamentą Saulės energijos technologijų programa , per maždaug trejus metus pagaminti modulius kariniams tikslams (pavyzdžiui, energijos surinkimo palapinėse ir kuprinėse). Likusiai saulės energijos rinkai taikomi griežti naudojimo trukmės reikalavimai, todėl gali prireikti dar kelerių metų, kol bus sukurti pakankamai patvarūs moduliai. Tikėtina, kad nacionalinė laboratorija licencijuos technologiją įmonei, kai ji bus brandesnė.