Китайські вчені перетворили тверді кремнієві сонячні елементи на еластичну форму — тонку та гнучку, як папір. Раніше крихкість, властива кремнію, не дозволяла досягти такої гнучкості, і вченим доводилося звертатися до перовскітів та складних хімічних сполук. Революційна технологія може застосовуватися в аерокосмічній галузі, електроніці та портативних джерелах живлення.
Кремнієві сонячні елементи можуть похвалитися коефіцієнтом перетворення світла в електрику на рівні 26,8%, що наближається до теоретичної межі 29,4%. Вони становлять 95% сонячних елементів, що використовуються на ринку фотоелектричних систем та використовуються у наземних сонячних фермах та розподілених фотогальваниках.
Але розробка комерційно життєздатних та високоефективних сонячних елементів, легких, гнучких та недорогих, які можна використовувати у великих масштабах – складне завдання. Використовувані зараз тонкоплівкові сонячні елементи виготовляються з аморфного кремнію, телуриду кадмію, органіки та перовскітів. Ці матеріали досить гнучкі, але їх використання обмежене через низьку ефективність перетворення енергії,
викид токсичних матеріалів у навколишнє середовище, низьку продуктивність у разі великих площ і нестабільність у тривалій експлуатації.
Щоб вирішити проблему, команда почала спостерігати за кремнієвими сонячними елементами під фізичним навантаженням згину за допомогою високошвидкісних камер. Вони виявили, що розтріскування завжди починалося з гострої V-подібної канавки на краю кремнієвої пластини. Тому дослідники замінили гострі V-подібні канавки більш гладкі U-подібні, які ефективно розподіляють деформацію при згині і пригнічують тріщиноутворення. Ця стратегія використовувалася тільки на краю пластини, тому вона не впливає на ефективність перетворення енергії сонячного елемента.
Кремнієвий сонячний елемент, що вийшов, має безпрецедентну гнучкість. З розмірами 60 мікрометрів він складається як аркуш паперу. Матеріал також може витримувати багаторазові вигини з радіусом менше 5 міліметрів та кутами понад 360 градусів.
Дослідники також провели випробування на міцність у різних умовах. Осередки зберегли 100-відсоткову ефективність перетворення енергії після 1000 циклів поперечного вигину. Вони також зберегли 99,62% своєї потужності після термоциклювання від мінус 70 градусів за Цельсієм до 85 градусів за Цельсієм протягом 120 годин.
Гнучкі фотоелектричні модулі великої площі вже успішно використовувалися у навколокосмічних апаратах, інтегрованих фотогальваниках будівель та фотогальваниках, встановлених на транспортних засобах. За словами вчених, перед великомасштабним виробництвом необхідно провести додаткові випробування на місці, щоби гарантувати постійну стабільність у реальних умовах експлуатації, коли стресові фактори можуть виникати одночасно.
Джерело: scmp.com
