211service.com
Flexibilní silikonové solární články
Konvenční solární články jsou objemné a tuhé, ale výroba lehkých a flexibilních článků přinesla kompromisy v účinnosti a robustnosti. Nová metoda výroby flexibilních polí malých křemíkových solárních článků by mohla produkovat zařízení, která netrpí těmito kompromisy. Pole těchto mikročlánků jsou stejně účinné jako běžné solární panely a jejich výroba může být levnější, protože používají podstatně méně křemíku. Drobné solární články by mohly být začleněny mimo jiné do tónování oken a mohly by být použity k napájení klimatizace automobilu a GPS.
Síla ohybu křemíku: Pole malých křemíkových solárních článků, jako je ten na této fotografii, jsou sestaveny pomocí techniky transferového tisku. Tato pole jsou stejně účinná jako běžné solární články, které jsou objemné a tuhé. Každá mikrobuňka v poli je asi 1,5 milimetru dlouhá a 15 mikrometrů tlustá.
Výzkumníci v čele s John Rogers , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois v Urbana-Champaign, použil kombinaci leptání a transferového tisku k vytvoření polí křemíkových článků, které mají jednu desetinu tloušťky konvenčních článků. Předvedli několik možných návrhů solárních panelů obsahujících mikročlánky, včetně hustých polí dostatečně flexibilních, aby se ohnuly kolem tužky. Mohli byste je srolovat jako koberec, převézt v dodávce a rozvinout na střechu, říká Rogers.
Proces staví na technikách výroby flexibilní elektroniky, které Rogers vyvíjel v posledních několika letech. Nejprve vědci z Illinois vyleptají tyče o délce asi 1,5 milimetru, šířce 50 mikrometrů a tloušťce 15 mikrometrů z plátku monokrystalického křemíku. Používají razítko vyrobené z měkkého polymeru k vyzvednutí mikrotyčinek a jejich umístění na substrát, kterým může být sklo nebo pružný plast, a poté vytvoří propojení. Rogers zjistil, že tloušťka článku 15 až 20 mikrometrů představuje dobrou rovnováhu: dostatečně tenká, aby byla flexibilní, ale dostatečně tlustá, aby byla mechanicky stabilní a účinná. Běžné solární články využívají vrstvu křemíku o tloušťce 150 až 200 mikrometrů.
Pole článků mají účinnost asi 12 procent. Výzkumníci z Illinois zvýšili výkon polí asi dvaapůlkrát přidáním koncentrátorů ve formě vrstvy válcových mikročoček. Nejlepší solární články na trhu přeměňují více než 20 procent slunečního záření, které na ně dopadá, na energii.
To je pěkný začátek při efektivnějším používání křemíkových plátků, říká Howard Branz , hlavní vědec ve skupině křemíkových materiálů a zařízení v National Renewable Energy Laboratory v Golden, CO. Branz, Rogers a jeho skupina, říká Branz, Rogers a jeho skupina, říká, že díky svému přístupu k transferovému tisku poprvé ukázali, jak lze takové tenké články vyrábět na velké plochy.
Flexibilní solární články vyrobené z jiné formy křemíku, nazývané amorfní křemík, si našly místo ve specializovaných aplikacích, kde je kritická nízká hmotnost. Tyto články se však nedostaly do širšího použití, protože jsou mnohem méně účinné než krystalický křemík používaný v konvenčních solárních článcích. Existuje mnoho skupin, které pracují na nových materiálech, včetně polymerů pro flexibilní solární články. Ale tyto materiály ještě neodpovídají účinnosti a trvanlivosti křemíku, říká Ray Chen , profesor ve výzkumném centru mikroelektroniky na Texaské univerzitě v Austinu. Nemohu říci, že křemík bude a materiál v dlouhodobém horizontu, říká Chen. Ale na základě údajů, které v tuto chvíli máme, je [monokrystalický] křemík velmi robustní materiál a má výhodu spolehlivosti a účinnosti.
Velkou výhodou výroby polí solárních článků pomocí jeho procesu transferového tisku, říká Rogers, je schopnost řídit vzdálenost mezi mikročlánky. Řídká pole článků jsou poloprůhledná a mohla by být použita jako tónované, energii produkující nátěry oken. Rogers také doufá, že tenké solární články nahradí klasické solární články na střechách a na dalších místech, kde se již solární články nacházejí. Pokud se technologie z Illinois skutečně ukáže jako levnější a snadněji se přepravuje a instaluje než konvenční články, mohla by odstranit některé překážky pro širší využití solární energie.
Stále však zůstávají otázky týkající se účinnosti Rogersových solárních článků. Aby tyto buňky změnily hru, budou muset mít účinnost blížící se 15 procentům, říká Branz. Existují metody pro zvýšení účinnosti monokrystalických křemíkových solárních článků na více než 20 procent, říká Rogers, a tyto metody by mohly být aplikovány také na mikročlánky, ačkoli výzkumníci z University of Illinois se ještě nezaměřili na optimalizaci účinnosti materiálu.