Інженери Массачусетського технологічного інституту розробили надлегкі тканинні сонячні елементи, які можуть перетворити будь-яку поверхню на джерело енергії. Сонячні елементи завтовшки лише 15 мікрон приклеюються до міцної та легкої тканини, після чого можуть бути розміщені будь-де: на вітрилах яхт, наметах, крилах дронів. Вони в 100 разів легші за звичайні сонячні панелі і генерують у 18 разів більше енергії на кілограм ваги.
Такі сонячні елементи можуть транспортуватися та швидко розгортатися у віддалених місцях. Оскільки вони тонкі й легкі, їх можна ламінувати на різних поверхнях. Сонячні елементи можуть бути інтегровані в вітрила човна для забезпечення живлення в морі, прикріплені до наметів, які встановлюються під час ліквідації наслідків стихійних лих, або встановлені на крилах дронів для збільшення дальності їхнього польоту. Традиційні кремнієві сонячні елементи тендітні та важкі, що сильно обмежує варіанти їх використання.
Шість років тому група вчених з Лабораторії органічної та наноструктурної електроніки MIT виробила сонячні елементи, використовуючи клас тонкоплівкових матеріалів,
що розвивається, які були настільки легкими, що могли знаходитися на мильному міхурі. Але ці ультратонкі сонячні елементи були виготовлені з використанням складних вакуумних процесів надто дорогих для масштабування. У новому дослідженні вчені поставили за мету розробити тонкоплівкові сонячні елементи, повністю придатні для друку, з використанням матеріалів на основі чорнила та масштабованих технологій виробництва.
Для виготовлення сонячних елементів використовувалися наноматеріали у вигляді електронного чорнила. Товщина підкладки, на якій виконується друк, становить лише три мікрони, а товщина готового модуля не перевищує 15 мікронів.
З такими тонкими сонячними модулями важко поводитися — вони дуже тендітні, що ускладнює їх використання. Щоб вирішити цю проблему, команда MIT шукала легку, гнучку та високоміцну підкладку, до якої можна було б прикріпити сонячні елементи. Ідеальним матеріалом виявилася композитна тканина вагою лише 13 грамів на квадратний метр, відома як Dyneema. Вона виготовлена з настільки міцних волокон, що канати з цього матеріалу використовували для підйому з дна Середземного моря круїзного лайнера Costa Concordia, що затонув.
Чому не друкувати елементи одразу на тканині?
Як пояснюють вчені, це обмежить вибір можливих тканин або інших поверхонь, що приймають тими, що хімічно і термічно сумісні з усіма етапами обробки, необхідними для виготовлення пристроїв. А таких виявиться небагато і підсумкові характеристики будуть гіршими, ніж у рішення, що вийшло.
Коли дослідники з MIT протестували пристрій, виявилося, що він може генерувати 730 Вт енергії на кілограм своєї ваги у варіанті без підкладки, і близько 370 Вт на кілограм, якщо він розгорнутий на високоміцній тканині Dyneema.
Це приблизно 18 разів більше потужності на кілограм, ніж у звичайних сонячних батарей. Вчені також перевірили довговічність своїх пристроїв та з'ясували, що навіть після 500 скручування тканинної підкладки елементи зберігають понад 90% ефективності.
Наразі вчені мають намір вирішити проблему захисту створених фотоелементів від навколишнього середовища. Органічний матеріал на основі вуглецю, що використовується для виготовлення елементів, взаємодіє з вологою та киснем, що погіршує їхню роботу. Необхідна ультратонка упаковка, яка лише трохи збільшить вагу нинішніх надлегких пристроїв. Робота в цьому напрямку займе ще якийсь час, але потім нові сонячні елементи вийдуть на ринок і, мабуть, здійснять революцію.
Раніше ми повідомляли, що інша група вчених розробила сонячні елементи з перовскітового чорнила.
Джерело: news.mit.edu
