Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali ultralekkie ogniwa słoneczne osadzone na tkaninie, które mogą szybko i łatwo zamienić dowolną powierzchnię w źródło zasilania. Skalowalną technikę wytwarzania ultracienkich, lekkich ogniw słonecznych można bezproblemowo dodawać do dowolnej powierzchni.
Trwałe, elastyczne ogniwa słoneczne, które są znacznie cieńsze niż ludzki włos, przyklejone do mocnego, lekkiego materiału, można umieszczać na stałych powierzchniach. Ważą jedną setną konwencjonalnych ogniw słonecznych, generują 18 razy więcej mocy na kilogram i są wykonane z półprzewodnikowych atramentów przy użyciu procesów drukowania, które w przyszłości mogą być skalowane do produkcji wielkopowierzchniowej.
Cienkie i lekkie ogniwa opracowane w MIT można laminować na wielu różnych powierzchniach. Przykładowo można je zintegrować z żaglami łodzi, aby zapewnić zasilanie na morzu, przykleić do namiotów i plandek używanych w operacjach ratowniczych lub umieścić na skrzydłach dronów, aby zwiększyć ich zasięg lotu. Ta lekka technologia solarna może być łatwo zintegrowana z rożnymi środowiskami przy minimalnych wymaganiach instalacyjnych. Tradycyjne krzemowe ogniwa słoneczne są kruche, dlatego muszą być zamknięte w szkle i zapakowane odpowiednie aluminiowe ramy, co ogranicza miejsce i sposób ich rozmieszczenia.
Sześć lat temu zespół ONE Lab wyprodukował ogniwa słoneczne przy użyciu nowej klasy materiałów cienkowarstwowych, które były tak lekkie, że można je było umieścić na bańce mydlanej. Ultracienkie ogniwa słoneczne ONE Lab zostały jednak wyprodukowane przy użyciu złożonych procesów w próżni, których skalowanie może być kosztowne i trudne. Inżynierowie z MITpostanowili opracować cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, które można w całości drukować, przy użyciu materiałów na bazie atramentu i skalowalnych technik wytwarzania.
Do produkcji ogniw słonecznych wykorzystują nanomateriały w postaci drukowalnych atramentów elektronicznych. Pracując w pomieszczeniu sterylnie czystym, inżynierowie powlekają strukturę ogniwa słonecznego za pomocą powlekarki szczelinowej, która osadza warstwy materiałów elektronicznych na podłożu usuwalnym o grubości zaledwie 3 mikronów. Za pomocą sitodruku (technika podobna do technik sitodrukowych T-shirtów) elektroda jest osadzana na strukturze w celu uzupełnienia modułu słonecznego. Naukowcy mogą następnie odkleić wydrukowany moduł o grubości około 15 mikronów od podłoża, tworząc ultralekkie urządzenie słoneczne.
Takie cienkie, moduły słoneczne są trudne w obsłudze i mogą łatwo się uszkodzić. Zespół MIT wybrał lekkie, elastyczne i wytrzymałe podłoża, do których można przyklejać ogniwa słoneczne. Tkaniny okazały się optymalnym rozwiązaniem, ponieważ zapewniają one odporność mechaniczną i elastyczność przy niewielkim dodanym ciężarze. Wybrano tkaninę kompozytową, która waży zaledwie 13 gramów na metr kwadratowy, komercyjnie znaną jako Dyneema. Tkanina ta jest wykonana z włókien, które są tak mocne, że były używane jako liny do podnoszenia zatopionego statku wycieczkowego Costa Concordia z dna Morza Śródziemnego. Dodając warstwę utwardzanego promieniowaniem UV kleju o grubości zaledwie kilku mikronów, przyklejają moduły słoneczne do arkuszy tej tkaniny. Tworzy to ultralekką i wytrzymałą mechanicznie konstrukcję instalacji słonecznej.
Urządzenie może generować 730 watów mocy na kilogram, bez podłoża i około 370 watów na kilogram, jeśli jest rozmieszczone na tkaninie Dyneema. Jest to około 18 razy więcej mocy na kilogram niż w przypadku konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych. Przetestowano również trwałość urządzeń. Okazało się, że nawet po zwinięciu i rozwinięciu panelu słonecznego z tkaniny ponad 500 razy, ogniwa nadal zachowały ponad 90% swoich początkowych zdolności wytwarzania energii. Obecnie inżynierowie intensywnie pracują nad materiałem chroniącym je przed środowiskiem. Zespół opracowuje ultracienkie rozwiązania warstwy ochronnej, które tylko nieznacznie zwiększą wagę obecnych ultralekkich urządzeń.
Badania te są częściowo finansowane przez Eni SpA za pośrednictwem MIT Energy Initiative, amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki oraz Kanadyjskiej Rady Nauk Przyrodniczych i Badań Inżynieryjnych.
Źródło: Massachusetts Institute of Technology Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
