Αυτοκόλλητα ηλιακά πάνελ

"Η ηλιακή μπαταρία μπορεί να κολληθεί σε οτιδήποτε, από τα φορητά τροφοδοτικά για τα gadgets έως τα έξυπνα ρούχα και ακόμη και τα αυτόνομα κοστούμια κοστουμιών αστροναυτών", δήλωσε ο Xiaolin Zheng, άρθρο που δημοσιεύθηκε στις επιστημονικές εκθέσεις.

Ο συνδυασμός ηλεκτρονικών λεπτών ταινιών με νέους ηλιακούς συλλέκτες θα ανοίξει ευκαιρίες για τη δημιουργία νέων τεχνικών συσκευών και αυτό είναι μόνο το πρώτο στάδιο στην ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας. Η τεχνολογία "σχισίματος και decal" μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλήρως ευέλικτη, διαβεβαίωσε ο επικεφαλής της ομάδας φυσικών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ Xiaolin Zheng.

Ο Zheng και οι ομοϊδεάτες ανέπτυξαν και αναπαράγουν πραγματικά αυτοκόλλητα ηλιακής μπαταρίας, τα οποία ήταν αποτέλεσμα πειραμάτων με φιλμ οξειδίου του πυριτίου και νικελίου πάχους νανομέτρου. Οι επιστήμονες εξηγούν ότι οι ηλιακοί συλλέκτες παραδοσιακά μπορούν να λειτουργούν κανονικά μόνο σε πολύ, πολύ επίπεδες επιφάνειες, σε ειδικά υποστρώματα, όπως γυαλί ή πυρίτιο.

Το πρόβλημα είναι ότι εάν χρησιμοποιείτε άλλα υποστρώματα, δεν θα λειτουργούν λόγω της κακής επιπεδότητας της επιφάνειας, της χαμηλής αντοχής στις υψηλές θερμοκρασίες και της χημικής επεξεργασίας. Αυτή η παράδοση περιορίζει σημαντικά το πεδίο εφαρμογής των πηγών ηλιακής ενέργειας με ταυτόχρονη αύξηση του κόστους τους.

Οι προγραμματιστές κατάφεραν να απαλλαγούν από αυτές τις αδυναμίες στις μπαταρίες λεπτών μεμβρανών τους λόγω της αρχικής προσέγγισης. Η βασική ιδέα ήταν να διαχωριστεί η τελική μπαταρία από την πλάκα πυριτίου, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε υπόστρωμα, ανεξάρτητα από την επιπεδότητα και την ακαμψία της.

Οι επιστήμονες προωθήθηκαν από την τεχνολογία για την παραγωγή γραφένιου από τους παίκτες του παιχνιδιού και Novoselov. Με παρόμοια τεχνική, ο Xiaolin Chzhen και οι συνάδελφοί του εφάρμοσαν την λεπτότερη μεμβράνη νικελίου (300 nm) σε πλάκα μίγματος οξειδίου του πυριτίου και καθαρού πυριτίου με εξάτμιση δέσμης ηλεκτρονίων.

Το επόμενο βήμα της προκύπτουσας δομής δύο στρωμάτων εφαρμόστηκε στο ενεργό τμήμα μιας ηλιακής μπαταρίας λεπτού υμενίου και ενός προστατευτικού πολυμερούς στρώματος για να αποφευχθεί η επαφή του ενεργού μέρους με νερό. Στη συνέχεια, μια θερμική ταινία scotch κολλήθηκε στο ένα άκρο και η πλάκα τοποθετήθηκε σε υδατόλουτρο σε θερμοκρασία δωματίου.

Λίγα λεπτά αργότερα, οι επιστήμονες χώρισαν την άκρη της ταινίας έτσι ώστε τα μόρια του νερού να διεισδύσουν μεταξύ του νικελίου και της πλάκας και έπειτα να ανυψώσουν την ταινία θερμικής ταινίας, οι φυσικοί διαχωρίστηκαν εντελώς ολόκληρη η μεμβράνη της προκύπτουσας ηλιακής μπαταρίας από την πλάκα πυριτίου. Στο στάδιο του πλήρους διαχωρισμού της ταινίας, οι επιστήμονες προθέρμανε ολόκληρη τη δομή σε 90 μοίρες για να εξασθενήσουν την πρόσφυση.

Μετά το διαχωρισμό από την πλάκα, η μεμβράνη μπορεί να κολληθεί στην επιφάνεια στόχο με κόλλα και η ίδια η πλάκα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά για να σχηματίσει την επόμενη αυτοκόλλητη μπαταρία.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα ληφθέντα φιλμ ηλιακά κύτταρα δείχνουν σχεδόν την ίδια απόδοση πριν και μετά το διαχωρισμό της μεμβράνης από το υπόστρωμα. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι το ρεύμα και η τάση πριν και μετά τη διαδικασία κοκκοποίησης σε φύλλο από ανοξείδωτο χάλυβα ή γυαλί σόδας-άσβεστου είναι αδιαμφισβήτητα, είναι κατανοητό ότι δεν παρουσιάζεται ζημιά κατά τη μεταφορά του αυτοκόλλητου σε οποιαδήποτε επιφάνεια.

Οι μέσες μετρήσεις των δεικτών απόδοσης πάνω από 20 ηλιακών συλλεκτών με εμβαδόν 0,05 τετραγωνικά εκατοστά και 0,28 τ.μ. αντιστοίχως, έδειξαν απόδοση = 7,4 ± 0,5% και 5,2 ± 0,1% πριν από τη διαδικασία κόντρα πλακέ και απόδοση = 7.6 ± 0.5% και η = 5.3 ± 0.1% μετά από κόντρα πλακέ. Η διαφορά απόδοσης μεταξύ κυψελών διαφορετικών μεγεθών οφείλεται στην υψηλή αντίσταση των μπαταριών που συνδέονται σε σειρά.

Ωστόσο, είναι σημαντικότερο και τα δύο ηλιακά πάνελ να έχουν σχεδόν ταυτόσημους δείκτες απόδοσης πριν και μετά τη διαδικασία διαστασιολόγησης, και η απόκλιση είναι μόνο 5%, η οποία βρίσκεται εντός του σφάλματος μέτρησης. Αυτά τα αποτελέσματα απεικονίζουν πολλά βασικά πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας: ευελιξία στην επιλογή του υποστρώματος, υψηλή ποιότητα του αρχικού σχεδιασμού, απλότητα και κλιμάκωση της διαδικασίας, καθώς και πρόσθετη εξοικονόμηση στην επαναχρησιμοποιήσιμη χρήση των πρωτότυπων υποστρωμάτων πυριτίου.

Ο Zheng ισχυρίζεται ότι τέτοια φιλμ-όπως ηλιακά κύτταρα μπορούν να κολληθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια: γυαλί, ύφασμα, χαρτί ή οποιοδήποτε άλλο μη τυπικό φωτοηλεκτρονικό υλικό, ακόμη και στους τοίχους των σπιτιών. Και σε κάθε περίπτωση, η μπαταρία θα παράγει την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας με τους παραδοσιακούς ηλιακούς συλλέκτες της προηγούμενης τεχνολογίας, διατηρώντας παράλληλα απόδοση 7,5%.

Επιπλέον, η αυτοκόλλητη μπαταρία στρέφεται εύκολα και αυτό δεν οδηγεί σε βλάβες ή σε μείωση της απόδοσης. Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι αυτή η αξιοσημείωτη ιδιότητα με χαμηλό κόστος θα επιτρέψει τη χρήση νέων ηλιακών συλλεκτών - αυτοκόλλητων ετικετών ως πηγών ενέργειας για έξυπνα ρούχα και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές όπου η ευελιξία είναι σημαντική.