Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали сверхлегкие солнечные элементы (ячейки), которые могут быстро и легко превратить любую поверхность в источник энергии.
Эти гибкие солнечные элементы, которые «намного тоньше человеческого волоса», приклеены к прочной и легкой ткани, и могут быть интегрированы практически в любую поверхность, даже в одежду.
Они в 100 раз легче обычных солнечных панелей, генерируют в 18 раз больше энергии на килограмм и изготавливаются из полупроводниковых чернил с использованием процессов печати.
Результаты разработки описаны в научной статье «Printed Organic Photovoltaic Modules on Transferable Ultra-thin Substrates as Additive Power Sources» («Печатные органические фотоэлектрические модули на ультратонких подложках в качестве дополнительных источников энергии»).
«Метрики, используемые для оценки новой технологии солнечных батарей, обычно ограничиваются эффективностью преобразования энергии и стоимостью в долларах за ватт. Не менее важна интегрируемость — легкость адаптации новой технологии», — говорит Владимир Булович, руководитель Лаборатории органической и наноструктурной электроники (ONE Lab), директор MIT.nano.
Органическая фотовольтаика – одно из «альтернативных» технологических направлений солнечной энергетики, в которой сегодня безраздельно господствуют кремниевые фотоэлектрические преобразователи.
Органические солнечные ячейки активно тестируются и уже используются в некоторых областях. Например, мы писали об интеграции органических солнечных модулей в штукатурные фасадные системы, а также в башни ветряных турбин.
В новой работе ученые были нацелены на разработку тонкопленочных солнечных элементов большой площади, которые можно массово производить полностью с помощью печати, с использованием материалов на основе чернил.
В процессе производства на съемную подложку толщиной всего 3 микрона с помощью печатного устройства наносится слой «электронных чернил». Затем на это изделие наносится электрод методом трафаретной печати. После этого напечатанный модуль толщиной около 15 микрон отделяется от подложки. Для придания солнечному элементу устойчивости он наносится на композитную ткань весом всего 13 граммов на квадратный метр, известную как Dyneema. Эта ткань изготовлена из настолько прочных волокон, что их использовали в канатах для подъема затонувшего круизного лайнера Costa Concordia со дна Средиземного моря. Солнечные элементы прикрепляются к листам этой ткани с помощью специального клея, набирающего прочность под УФ излучением, слоем всего несколько микрон. В результате получается сверхлегкая и механически прочная конструкция.
Тестирование устройства показало, что оно может выдавать 730 ватт энергии на килограмм без тканевой подложки и 370 ватт на килограмм после нанесения на ткань Dyneema, что примерно в 18 раз больше мощности на килограмм, чем у обычных солнечных батарей.
«Типичная солнечная установка на крыше в Массачусетсе имеет мощность около 8000 Вт. Наши тканевые солнечные элементы такой же мощности будут весить всего около 20 килограммов», — рассказывают авторы.
Что качается долговечности устройств, тестирование показало, что даже после скручивания и раскручивания тканевой солнечной панели более 500 раз элементы по-прежнему сохраняют более 90 процентов своих первоначальных возможностей по выработке энергии.
Органические солнечные элементы на основе углерода не являются устойчивыми к атмосферным воздействиям, поэтому «в настоящее время команда разрабатывает решения для ультратонкой упаковки, которые лишь незначительно увеличат вес нынешних сверхлегких устройств».