Öntapadós napelemek

„A napelemet bármihez hozzá lehet ragasztani, a hordozható eszközöktől az intelligens ruháig és akár az űrhajósok autonóm űrruháinakig is” - mondta Xiaolin Zheng, a Science Reports publikált cikke.

A vékonyréteg-elektronika és az új napelemek kombinációja lehetőséget kínál új műszaki eszközök létrehozására, és ez a technológia kifejlesztésének csak az első lépése. A „letépés és matrica” technológia teljesen sokoldalúan használható. - nyugtatta meg a Stanfordi Egyetem fizikai csapatának vezetője, Xiaolin Zheng.

A hasonló gondolkodású emberekkel kialakított Zheng valódi napelem-elem matricákat fejlesztett ki és reprodukált, amelyek szilikon-oxid és nanométeres vastagságú nikkel filmekkel végzett kísérleteinek eredményei. A tudósok kifejtik, hogy a napelemek hagyományosan csak nagyon, nagyon lapos felületeken, speciális hordozón, például üvegben vagy szilíciumon működnek.

A probléma az, hogy ha más hordozót használ, akkor a felület gyenge síkja, alacsony hőmérsékleti ellenállása és a kémiai kezelés miatt nem működnek. Ez a hagyomány jelentősen korlátozza a napenergia-források alkalmazási körét, és ezzel egyidejűleg növelik a költségeket.

A fejlesztőknek sikerült megszabadulniuk ezeknek a vékony film-elemmel kapcsolatos hiányosságaiknak az eredeti megközelítés miatt. A fő ötlet az volt, hogy a kész akkumulátort elválasztják a szilícium ostyától, hogy bármilyen hordozót felhasználhassanak, függetlenül annak síkjától és merevségétől.

A tudósokat a grafén előállításának technológiája ösztönözte a felfedezői Game és Novoselov által. Hasonló módszerrel Xiaolin Chzhen és munkatársai a legvékonyabb nikkel-fóliát (300 nm) a szilícium-oxid és a tiszta szilícium keverékének lemezére felvitték elektronnyaláb bepárlással.

A kapott kétrétegű szerkezet következő lépését egy vékonyrétegű napelem akkumulátorának aktív részére és egy védő polimer rétegre vittük fel, hogy megakadályozzuk az aktív rész vízzel való érintkezését. Ezután egy termikus scotch szalagot ragasztunk az egyik szélére, és a lemezt szobahőmérsékleten vízfürdőbe helyezzük.

Néhány perc múlva a tudósok elválasztották a szalag széleit úgy, hogy a vízmolekulák behatoljanak a nikkel és a lemez közé, majd megemelve a hőszalag csíkját, a fizikusok teljesen elválasztották a kapott napelem teljes filmét a szilikonlemezről. A film teljes elválasztásának szakaszában a tudósok a teljes szerkezetet 90 fokra melegítették elő, hogy gyengítsék a tapadást.

A lemeztől elválasztva a fóliát ragasztással ragaszthatjuk a célfelületre, és maga a lemez ismét felhasználható a következő elem-matrica elkészítéséhez.

Fontos megjegyezni, hogy a kapott fólia napelemek szinte azonos hatékonyságot mutatnak a filmnek a hordozóról történő elválasztása előtt és után. A mérések azt mutatták, hogy a rozsdamentes acéllemezre vagy a nátrium-mészüvegre történő méretezés előtti és utáni áram és a feszültség megkülönböztethetetlen, nyilvánvaló, hogy a matrica bármely felületre történő áthelyezésekor nincs sérülés.

Több mint 20, 0,05 négyzetméter Cm és 0,28 négyzetméter méretű napelemek teljesítménymutatóinak átlagértékei a rétegelt lemez előállítása előtt 7,4 ± 0,5% és 5,2 ± 0,1% hatékonyságot mutattak, míg a hatékonyság = 7,6 ± 0,5% és n = 5,3 ± 0,1% rétegelt lemez után. A különféle méretű cellák hatékonyságának különbsége a sorba kapcsolt akkumulátorok nagy ellenállásának köszönhető.

Fontosabb azonban, hogy mindkét napelemen szinte azonos teljesítménymutatóval rendelkezzenek a méretezési folyamat előtt és után, és az eltérés csak 5%, ami a mérési hibán belül van. Ezek az eredmények a technológia számos kulcsfontosságú előnyeit szemléltetik: a hordozó választékának sokoldalúságát, az eredeti kivitel kiváló minőségét, a folyamat egyszerűségét és méretezhetőségét, valamint az eredeti szilikon hordozók újrahasznosítható felhasználásával járó további megtakarításokat.

Zheng azt állítja, hogy az ilyen film-napelemek bármilyen felületre ragaszthatók: üvegre, szövetre, papírra vagy bármilyen más, a fotoelektronikára nem jellemző anyagra, még a házok falain is. Mindegyik esetben az akkumulátor ugyanolyan mennyiségű villamos energiát termel, mint a korábbi technológia hagyományos napelemei, miközben megtartja a 7,5% -os hatékonyságot.

Ráadásul az akkumulátor-matrica könnyen meghajlik, és ez nem okoz hibákat vagy csökkenti a hatékonyságot. A tudósok azt jósolják, hogy ez a figyelemre méltó tulajdonság alacsony költséggel lehetővé teszi új napelemek használatát - matricákat okos ruhák és más elektronikus eszközök energiaforrásának felhasználására, ahol a rugalmasság fontos.