Учёные из США разработали ультратонкие солнечные батареи, превращающие любую поверхность в источник энергии

В Массачусетском технологическом институте (MIT) разработали технологию производства ультратонких и сверхлёгких солнечных элементов.

Прочные и гибкие солнечные элементы, которые намного тоньше человеческого волоса, крепят к лёгкой ткани, чем упрощают их размещение на любой поверхности. Их вес в 100 раз меньше, чем у обычных солнечных панелей, а энергоэффективность выше в 18 раз. Для изготовления элементов используют полупроводниковые чернила, а технология производства может быть масштабирована в короткие сроки.

Размещать подобные элементы можно практически где угодно – например, на парусах для обеспечения судна электричеством. Ещё один вариант – использование в местах чрезвычайных происшествий, когда требуется быстро наладить подачу электричества.

«Солнечные батареи обычно оценивают по эффективности преобразования энергии и стоимости одного ватта», – рассказал Владимир Булович, директор MIT.nano и старший автор статьи, описывающей работу новых солнечных элементов. «Однако не менее важна интегрируемость – простота, с которой новая технология может войти в обиход. Лёгкие элементы обеспечивают высокий уровень интегрируемости. Мы стремимся ускорить внедрение солнечной энергии, учитывая, насколько нам необходимы её новые безуглеродные источники».

Превосходство над классикой

Привычные нам солнечные батареи делают из хрупкого кремния. Для предотвращения повреждений используют стекло и массивные металлические рамы, из-за чего батареи становятся слишком тяжёлыми.

Шесть лет назад одно из подразделений MIT произвело солнечные элементы из тонкоплёночных материалов. Они получились настолько тонкими, что могли быть размещены даже на мыльном пузыре. Однако их изготовление при помощи сложных вакуумных процессов оказалось слишком затратным для массового воспроизведения.

Для создания новых элементов учёные используют наноматериалы – полупроводниковые чернила. Электронную структуру наносят на заранее подготовленную подложку, толщина которой не превышает 3 микрон. Для завершения производства солнечного модуля используют трафаретную печать – метод, аналогичный тому, с помощью которого наносят рисунки на футболки.

Итоговая толщина сверхлёгкого солнечного устройства составляет около 15 микрон.

Обращаться со столь тонкими солнечными модулями непросто из-за риска повредить их. Поэтому команда инженеров искала лёгкую, гибкую и прочную подложку. Ткань стала оптимальным выбором – она обеспечила устойчивость к износу и добавила небольшой дополнительный вес.

Идеальной материей признали композитную ткань Dyneema, квадратный метр которой весит всего 13 граммов. Эта ткань изготовлена из настолько прочных волокон, что канаты из них использовали для подъёма затонувшего круизного лайнера Costa Concordia со дна Средиземного моря в 2013 году.

Солнечные батареи крепят на ткани с помощью тонкого слоя УФ-клея. В результате получается сверхлёгкая, но при этом очень прочная конструкция.

«Может показаться, что проще напечатать солнечные элементы прямо на ткани», – прокомментировал Маюран Сараванапаванантам, аспирант Массачусетского технологического института по электротехнике и информатике. «Но это ограничит выбор других возможных материалов и поверхностей, которые также способны выдержать необходимую химическую и термическую обработку. Такой подход отдалил бы солнечные элементы от их повсеместного внедрения».

Последняя проблема

Результаты тестов новых солнечных элементов превзошли все ожидания. Килограммовая батарея может генерировать 730 ватт энергии, располагаясь в отдельности, и 370 ватт – будучи размещённой на ткани Dyneema. Даже в последнем случае энергоэффективность новых элементов в 18 раз выше, чем у традиционных солнечных батарей.

Также учёные проверили долговечность устройств. После 500 скручиваний тканевой солнечной панели, она сохранила более 90% от своих первоначальных возможностей по выработке энергии.

Тем не менее, перед учёными стоит ещё одна проблема. Хотя новые солнечные элементы легче и гибче традиционных, они по-прежнему нуждаются в защите от влияния окружающей среды. При их создании используют органический материал на основе углерода, а он уязвим к длительному воздействию воздуха и влаги. 

Стекло считается оптимальной защитой, но его применение сведёт к минимуму ценность новых солнечных элементов. Поэтому в настоящее время команда из MIT разрабатывает ультратонкую упаковку, которая лишь незначительно повысит вес сверхлёгких устройств и позволит ускорить выход новой технологии на рынок.

Источник

Total
0
Shares
Добавить комментарий
Похожие статьи

Высший футбольный дивизион Испании сертифицирует мячи с использованием технологии блокчейна

La Liga – ведущая профессиональная футбольная лига Испании, объявила о внедрении новой системы сертификации мячей с использованием технологии…
Подробнее
Сброс пароля
Новый пароль