Självhäftande solpaneler

"Solbatteriet kan limmas till allt från bärbara strömförsörjningar för prylar till smarta kläder och till och med autonoma rymddräkter av astronauter," säger Xiaolin Zheng, en artikel publicerad i Scientific Reports.

Kombinationen av tunnfilmselektronik med nya solpaneler öppnar för möjligheter för skapande av nya tekniska apparater, och detta är bara det första steget i utvecklingen av denna teknik. Tekniken "riva av och dekal" kan användas helt mångsidig, säkerställde chefen för teamet av fysiker vid Stanford University Xiaolin Zheng.

Zheng med likasinnade människor utvecklade och reproducerade verkliga solbatteri-klistermärken, som var resultatet av experiment med filmer av kiseloxid och nickel med nanometertjocklek. Forskare förklarar att solpaneler traditionellt bara kan fungera normalt på mycket, mycket plana ytor, på speciella underlag, såsom glas eller kisel.

Problemet är att om du använder andra underlag fungerar de inte på grund av den dåliga ytan, låg motståndskraft mot höga temperaturer och kemisk behandling. Denna tradition begränsar i stor utsträckning tillämpningen av solenergikällor med en samtidig ökning av deras kostnader.

Utvecklarna lyckades bli av med dessa brister i sina tunnfilmsbatterier på grund av den ursprungliga metoden. Huvudtanken var att separera det färdiga batteriet från kiselskivan så att allt underlag kunde användas oavsett dess planhet och styvhet.

Forskarna fick anledning till tekniken för att producera grafen av dess upptäckare Game och Novoselov. Med en liknande teknik applicerade Xiaolin Chzhen och kollegor den tunnaste nickelfilmen (300 nm) på en platta av en blandning av kiseloxid och rent kisel genom elektronstråleindunstning.

Nästa steg på den resulterande tvåskiktsstrukturen applicerades på den aktiva delen av ett tunnfilms solbatteri och ett skyddande polymerskikt för att förhindra kontakt av den aktiva delen med vatten. Sedan limmades ett termiskt skottejp på ena kanten, och plattan placerades i ett vattenbad vid rumstemperatur.

Några minuter senare separerade forskare kanten på tejpen så att vattenmolekyler trängde in mellan nickeln och plattan och höjde sedan remsan av termisk tejp, fysikerna separerade fullständigt hela filmen av det resulterande solbatteriet från kiselplattan. Vid scenen med fullständig separering av filmen förvärmde forskarna hela strukturen till 90 grader för att försvaga vidhäftningen.

Efter separering från plattan kan filmen limmas på målytan med lim, och själva plattan kan användas igen för att bilda nästa batteri-klistermärke.

Det är viktigt att notera att de erhållna filmens solceller uppvisar nästan samma effektivitet före och efter separering av filmen från underlaget. Mätningar visade att strömmen och spänningen före och efter storleksprocessen på ett rostfritt stålark eller på sodakalkglas är oskiljbara, det är underförstått att ingen skada uppstår under överföring av klistermärket till någon yta.

Genomsnittliga mätningar av prestandaindikatorer för mer än 20 solpaneler med en yta på 0,05 kvm Cm respektive 0,28 kvm Cm visade effektivitet = 7,4 ± 0,5% och 5,2 ± 0,1% före plywoodprocessen och effektiviteten = 7,6 ± 0,5% och n = 5,3 ± 0,1% efter plywood. Skillnaden i effektivitet mellan celler i olika storlekar beror på den höga motståndskraften hos de anslutna batterierna i serie.

Det är emellertid viktigare att båda solpanelerna har nästan identiska prestandaindikatorer före och efter storleksprocessen, och avvikelsen är endast 5%, vilket ligger inom mätfelet. Dessa resultat illustrerar flera viktiga fördelar med denna teknik: mångsidighet i valet av underlag, hög kvalitet på den ursprungliga designen, enkelhet och skalbarhet i processen, samt ytterligare besparingar på återanvändbar användning av originella kiselsubstrat.

Zheng hävdar att sådana film solpaneler kan limmas på valfri yta: glas, tyg, papper eller något annat icke-typiskt material för fotoelektronik, även på husets väggar. Och i båda fallen kommer batteriet att generera samma mängd elektricitet som de traditionella solpanelerna i den tidigare tekniken, samtidigt som den har en effektivitet på 7,5%.

Dessutom böjs batteri-klistermärket lätt, och detta leder inte till haverier eller till minskad effektivitet. Forskare förutspår att denna anmärkningsvärda egendom till låg kostnad kommer att tillåta användning av nya solpaneler - klistermärken som kraftkällor för smarta kläder och andra elektroniska apparater där flexibilitet är viktigt.