Selbstklebende Sonnenkollektoren

"Die Solarbatterie kann auf alles geklebt werden, von tragbaren Netzteilen für Geräte bis hin zu intelligenter Kleidung und sogar autonomen Raumanzügen von Astronauten", sagte Xiaolin Zheng, ein Artikel, der in Scientific Reports veröffentlicht wurde.

Die Kombination von Dünnschichtelektronik mit neuen Solarmodulen eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung neuer technischer Geräte, und dies ist nur der erste Schritt in der Entwicklung dieser Technologie. Die Technologie „Abreißen und Aufkleber“ kann völlig vielseitig eingesetzt werden, versicherte der Leiter des Physikerteams der Stanford University Xiaolin Zheng.

Zheng entwickelte und reproduzierte mit Gleichgesinnten echte Solarbatterieaufkleber, die das Ergebnis von Experimenten mit Filmen aus Siliziumoxid und Nickel mit einer Dicke von Nanometern waren. Wissenschaftler erklären, dass Sonnenkollektoren traditionell nur auf sehr, sehr flachen Oberflächen, auf speziellen Substraten wie Glas oder Silizium normal funktionieren können.

Das Problem ist, dass wenn Sie andere Substrate verwenden, diese aufgrund der schlechten Ebenheit der Oberfläche, der geringen Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und der chemischen Behandlung nicht funktionieren. Diese Tradition schränkt den Anwendungsbereich von Solarenergiequellen bei gleichzeitiger Erhöhung ihrer Kosten stark ein.

Die Entwickler haben es geschafft, diese Mängel in ihren Dünnschichtbatterien aufgrund des ursprünglichen Ansatzes zu beseitigen. Die Hauptidee bestand darin, die fertige Batterie vom Siliziumwafer zu trennen, damit dann jedes Substrat verwendet werden kann, unabhängig von seiner Ebenheit und Steifheit.

Die Wissenschaftler wurden von der Technologie zur Herstellung von Graphen von den Entdeckern Game und Novoselov angeregt. Mit einer ähnlichen Technik brachten Xiaolin Chzhen und Kollegen den dünnsten Nickelfilm (300 nm) durch Elektronenstrahlverdampfung auf eine Platte einer Mischung aus Siliziumoxid und reinem Silizium auf.

Der nächste Schritt auf der resultierenden Zweischichtstruktur wurde auf den aktiven Teil einer Dünnschichtsolarbatterie und eine schützende Polymerschicht angewendet, um den Kontakt des aktiven Teils mit Wasser zu verhindern. Dann wurde ein thermisches Klebeband an eine Kante geklebt und die Platte bei Raumtemperatur in ein Wasserbad gestellt.

Einige Minuten später trennten die Wissenschaftler den Rand des Bandes, so dass Wassermoleküle zwischen Nickel und Platte eindrangen, und hoben dann den Streifen des Wärmebandes an. Die Physiker trennten den gesamten Film der resultierenden Solarbatterie vollständig von der Siliziumplatte. Im Stadium der vollständigen Trennung des Films haben die Wissenschaftler die gesamte Struktur auf 90 Grad vorgewärmt, um die Haftung zu schwächen.

Nach dem Trennen von der Platte kann der Film mit Klebstoff auf die Zieloberfläche geklebt werden, und die Platte selbst kann erneut verwendet werden, um den nächsten Batterieaufkleber zu bilden.

Es ist wichtig zu beachten, dass die erhaltenen Filmsolarzellen vor und nach der Trennung des Films vom Substrat nahezu den gleichen Wirkungsgrad aufweisen. Die Messungen zeigten, dass der Strom und die Spannung vor und nach dem Kalibrieren auf einem Edelstahlblech oder auf Kalknatronglas nicht zu unterscheiden sind. Es versteht sich, dass beim Übertragen des Aufklebers auf eine Oberfläche keine Schäden auftreten.

Durchschnittliche Messungen von Leistungsindikatoren von mehr als 20 Solarmodulen mit einer Fläche von 0,05 m² bzw. 0,28 m² zeigten einen Wirkungsgrad von 7,4 ± 0,5% und 5,2 ± 0,1% vor dem Sperrholzprozess und einen Wirkungsgrad von 7,6 ± 0,5% und n = 5,3 ± 0,1% nach Sperrholz. Der Unterschied im Wirkungsgrad zwischen Zellen unterschiedlicher Größe ist auf den hohen Widerstand der in Reihe geschalteten Batterien zurückzuführen.

Es ist jedoch wichtiger, dass beide Solarmodule vor und nach dem Dimensionierungsprozess nahezu identische Leistungsindikatoren aufweisen und die Abweichung nur 5% beträgt, was innerhalb des Messfehlers liegt. Diese Ergebnisse veranschaulichen mehrere Hauptvorteile dieser Technologie: Vielseitigkeit bei der Auswahl des Substrats, hohe Qualität des ursprünglichen Designs, Einfachheit und Skalierbarkeit des Prozesses sowie zusätzliche Einsparungen bei der wiederverwendbaren Verwendung von ursprünglichen Siliziumsubstraten.

Zheng behauptet, dass solche filmartigen Solarzellen auf jede Oberfläche geklebt werden können: Glas, Stoff, Papier oder jedes andere nicht typische photoelektronische Material, sogar an den Wänden von Häusern. In jedem Fall erzeugt die Batterie die gleiche Strommenge wie die herkömmlichen Solarmodule der vorherigen Technologie, wobei ein Wirkungsgrad von 7,5% beibehalten wird.

Außerdem biegt sich der Batterie-Aufkleber leicht, was nicht zu Ausfällen oder einer Verringerung der Effizienz führt. Wissenschaftler sagen voraus, dass diese bemerkenswerte Eigenschaft zu geringen Kosten die Verwendung neuer Sonnenkollektoren ermöglichen wird - Aufkleber als Stromquellen für intelligente Kleidung und andere elektronische Geräte, bei denen Flexibilität wichtig ist.