Itsekiinnittyvät aurinkopaneelit

"Aurinkoparisto voidaan liimata mihin tahansa laitteiden kannettaviin virtalähteisiin älykkäisiin vaatteisiin ja jopa astronautien itsenäisiin avaruuspukuihin", sanoo Science Reports -lehdessä julkaistu artikkeli Xiaolin Zheng.

Ohutkalvoelektroniikan ja uusien aurinkopaneelien yhdistelmä avaa mahdollisuuksia uusien teknisten laitteiden luomiseen, ja tämä on vasta ensimmäinen vaihe tämän tekniikan kehittämisessä. ”Repiä ja poista” -teknologiaa voidaan käyttää täysin monipuolisesti, vakuutti Stanfordin yliopiston fyysikkojen ryhmän päällikkö Xiaolin Zheng.

Zheng samanhenkisten ihmisten kanssa kehitti ja toisti todellisia aurinkoakkujen tarroja, jotka olivat tuloksia kokeista piioksidikalvoilla ja nanometrin paksuisella nikkelillä. Tutkijat selittävät, että aurinkopaneelit voivat perinteisesti toimia vain hyvin, hyvin tasaisilla pinnoilla, erikoisalustoilla, kuten lasilla tai piillä.

Ongelmana on, että jos käytät muita substraatteja, ne eivät toimi pinnan huonon tasaisuuden, korkeiden lämpötilojen kestävyyden ja kemiallisen käsittelyn takia. Tämä perinne rajoittaa suuresti aurinkoenergian lähteiden soveltamisalaa lisäämällä niiden kustannuksia samanaikaisesti.

Kehittäjät onnistuivat eroon näistä ohuiden kalvoakkujensa puutteista alkuperäisen lähestymistavan takia. Pääideana oli erottaa valmis akku piikiekosta niin, että mitä tahansa substraattia voitaisiin sitten käyttää, riippumatta sen tasaisuudesta ja jäykkyydestä.

Grafeenin valmistustekniikka kehotti tutkijoita tutkijoiden Game ja Novoselov toimesta. Samanlaisella tekniikalla Xiaolin Chzhen ja hänen kollegansa levyttivät ohuimman nikkelikalvon (300 nm) levylle, joka sisälsi piioksidin ja puhtaan piin seosta elektronisuihkulla haihduttamalla.

Seuraava vaihe tuloksena olevassa kaksikerroksisessa rakenteessa levitettiin ohutkalvoisen aurinkoakun aktiiviselle osalle ja suojaavalle polymeerikerrokselle aktiivisen osan kosketuksen estämiseksi veteen. Sitten lämpöteippi liimattiin toiseen reunaan ja levy asetettiin vesihauteeseen huoneenlämpötilassa.

Muutamaa minuuttia myöhemmin tutkijat erottivat nauhan reunan siten, että vesimolekyylit tunkeutuivat nikkelin ja levyn väliin ja nostivat sitten lämpöteipin nauhan, fyysikot erottivat kokonaan syntyneen aurinkoakun koko kalvon piilevystä. Kalvon täydellisen erottelun vaiheessa tutkijat esilämmittivät koko rakenteen 90 asteeseen tartunnan heikentämiseksi.

Levystä erottamisen jälkeen kalvo voidaan liimata kohdepintaan liimalla ja itse levyä voidaan käyttää uudelleen seuraavan akkutarran muodostamiseen.

On tärkeää huomata, että saaduilla kalvon aurinkokennoilla on lähes sama tehokkuus ennen ja jälkeen kalvon erottamisen substraatista. Mittaukset osoittivat, että virta ja jännite ennen ruostumattomasta teräksestä valmistetun levyn tai natriumkalkkilasin mitoitusprosessia ja sen jälkeen eivät ole erotettavissa, on selvää, että tarroja siirrettäessä mihinkään pintaan ei aiheudu vaurioita.

Yli 20 aurinkopaneelin, joiden pinta-ala oli vastaavasti 0,05 neliömetriä ja 0,28 neliömetriä, suorituskykyindikaattorien keskimääräiset mittaukset osoittivat hyötysuhteen = 7,4 ± 0,5% ja 5,2 ± 0,1% ennen vaneriprosessia ja hyötysuhde = 7,6 ± 0,5% ja n = 5,3 ± 0,1% vanerin jälkeen. Ero hyötysuhteessa erikokoisten kennojen välillä johtuu sarjaan kytkettyjen paristojen korkeasta vastuskyvystä.

On kuitenkin tärkeämpää, että molemmilla aurinkopaneeleilla on melkein identtiset suoritusindikaattorit ennen mitoitusprosessia ja sen jälkeen, ja poikkeama on vain 5%, mikä on mittausvirheen sisällä. Nämä tulokset kuvaavat tämän tekniikan useita keskeisiä etuja: monipuolisuus substraatin valinnassa, alkuperäisen suunnittelun korkea laatu, prosessin yksinkertaisuus ja skaalautuvuus sekä lisäsäästöjä alkuperäisten piisubstraattien uudelleenkäyttöön.

Zheng väittää, että tällaiset kalvo aurinkopaneelit voidaan liimata mihin tahansa pintaan: lasiin, kankaaseen, paperiin tai mihin tahansa muuhun epätyypilliseen fotoelektroniikan materiaaliin, jopa talon seinälle. Ja molemmissa tapauksissa akku tuottaa saman määrän sähköä kuin aikaisemman tekniikan perinteiset aurinkopaneelit, säilyttäen samalla hyötysuhteen 7,5%.

Lisäksi akkutarra taipuu helposti, ja tämä ei johda rikkoutumiseen tai tehon heikkenemiseen. Tutkijat ennustavat, että tämä edullinen ominaisuus edulliseen hintaan sallii uusien aurinkopaneelien käytön - tarroja älykkäiden vaatteiden ja muiden elektronisten laitteiden virtalähteinä, jos joustavuus on tärkeää.