الألواح الشمسية ذاتية اللصق

وقال Xiaolin Zheng ، مقال نُشر في مجلة Scientific Reports: "يمكن لصق البطارية الشمسية بأي شيء ، بدءًا من إمدادات الطاقة المحمولة للأدوات وحتى الملابس الذكية وحتى بذلات رواد الفضاء الفضائية".

إن الجمع بين إلكترونيات الأغشية الرقيقة والألواح الشمسية الجديدة سيفتح فرصًا لإنشاء أجهزة تقنية جديدة ، وهذه ليست سوى المرحلة الأولى في تطوير هذه التكنولوجيا. أكد رئيس فريق الفيزيائيين بجامعة ستانفورد شياو لين تشنغ أن التكنولوجيا "المسيل للدموع والشارات" يمكن استخدامها بشكل كامل.

قام تشنغ مع أشخاص متشابهين في التفكير بتطوير واستنساخ ملصقات بطارية شمسية حقيقية ، والتي كانت نتيجة للتجارب مع أفلام أكسيد السيليكون والنيكل بسمك نانومتر. يشرح العلماء أن الألواح الشمسية لا تعمل بشكل طبيعي إلا على أسطح مسطحة جدًا ، على ركائز خاصة ، مثل الزجاج أو السيليكون.

المشكلة هي أنه إذا كنت تستخدم ركائز أخرى ، فلن تعمل بسبب قلة تسطيح السطح ومقاومة منخفضة لدرجات الحرارة العالية والمعالجة الكيميائية. هذا التقليد يحد بشكل كبير من نطاق تطبيق مصادر الطاقة الشمسية مع زيادة متزامنة في تكلفتها.

تمكن المطورون من التخلص من أوجه القصور هذه في البطاريات ذات الأغشية الرقيقة بسبب الطريقة الأصلية. كانت الفكرة الرئيسية هي فصل البطارية النهائية عن رقاقة السيليكون بحيث يمكن استخدام أي ركيزة ، بغض النظر عن تسطيحه وصلبته.

تم حث العلماء على هذه التكنولوجيا لإنتاج الجرافين بواسطة مكتشفيه Game و Novoselov. طبقًا لتقنية مشابهة ، طبق Xiaolin Chzhen وزملاؤه طبقة نحافة من النيكل (300 نانومتر) على صفيحة من مزيج من أكسيد السيليكون والسيليكون النقي عن طريق تبخر شعاع الإلكترون.

تم تطبيق الخطوة التالية على الهيكل الناتج عن طبقتين على الجزء النشط من البطارية الشمسية ذات الأغشية الرقيقة وطبقة البوليمر الواقية لمنع ملامسة الجزء النشط بالماء. ثم تم لصق شريط حراري على حافة واحدة ، ووضعت اللوحة في حمام مائي في درجة حرارة الغرفة.

بعد بضع دقائق ، قام العلماء بفصل حافة الشريط بحيث توغلت جزيئات الماء بين النيكل واللوحة ، ثم قاموا برفع شريط الشريط الحراري ، وقام الفيزيائيون بفصل الفيلم بالكامل للبطارية الشمسية الناتجة عن لوحة السيليكون. في مرحلة الانفصال التام للفيلم ، قام العلماء بتسخين الهيكل بأكمله إلى 90 درجة لإضعاف الالتصاق.

بعد الانفصال عن اللوحة ، يمكن لصق الفيلم على السطح المستهدف مع الغراء ، ويمكن استخدام اللوحة نفسها مرة أخرى لتشكيل ملصق البطارية التالي.

من المهم ملاحظة أن الخلايا الشمسية للفيلم الذي تم الحصول عليه تظهر بنفس الكفاءة تقريبًا قبل وبعد فصل الفيلم عن الركيزة. أظهرت القياسات أن التيار والجهد قبل وبعد عملية التحجيم على ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ أو على زجاج صودا الجير لا يمكن تمييزهما ، فمن المفهوم أنه لا يوجد أي ضرر يحدث أثناء نقل الملصق إلى أي سطح.

أظهر متوسط ​​قياسات مؤشرات الأداء لأكثر من 20 لوحة شمسية بمساحة 0.05 متر مربع و 0.28 متر مربع ، على التوالي ، الكفاءة = 7.4 respectively 0.5٪ و 5.2 ± 0.1٪ قبل عملية الخشب الرقائقي وكفاءتها = 7.6 ± 0.5٪ و n = 5.3 ± 0.1٪ بعد الخشب الرقائقي. يرجع الفرق في الكفاءة بين الخلايا ذات الأحجام المختلفة إلى المقاومة العالية للبطاريات المتصلة في السلسلة.

ومع ذلك ، من المهم جدًا أن يكون لكل من الألواح الشمسية مؤشرات أداء متطابقة تقريبًا قبل وبعد عملية التحجيم ، ويكون الانحراف 5٪ فقط ، وهو ما يقع ضمن خطأ القياس. توضح هذه النتائج العديد من المزايا الرئيسية لهذه التقنية: التنوع في اختيار الركيزة ، والجودة العالية للتصميم الأصلي ، والبساطة والتدرجية للعملية ، بالإضافة إلى توفير إضافي على الاستخدام القابل لإعادة الاستخدام لطبقات السيليكون الأصلية.

يدعي Zheng أن الألواح الشمسية للفيلم يمكن لصقها على أي سطح: الزجاج أو القماش أو الورق أو أي مواد أخرى غير نموذجية للإلكترونيات الضوئية ، حتى على جدران المنازل. وفي كل حالة ، ستولد البطارية نفس كمية الكهرباء التي توفرها الألواح الشمسية التقليدية للتكنولوجيا السابقة ، مع الحفاظ على كفاءة بنسبة 7.5٪.

بالإضافة إلى ذلك ، ينحني ملصق البطارية بسهولة ، ولا يؤدي هذا إلى حدوث أعطال أو انخفاض في الكفاءة. يتوقع العلماء أن هذه الخاصية الرائعة بتكلفة منخفضة ستسمح باستخدام الألواح الشمسية الجديدة - ملصقات كمصادر للطاقة للملابس الذكية والأجهزة الإلكترونية الأخرى حيث تكون المرونة مهمة.