Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) объявила о разработке сверхлегких тканевых солнечных элементов, способных генерировать в 18 раз больше энергии, чем существующие модели. Это удивило многих ученых, и теперь они находятся в центре внимания. Эта технология позволит преобразовывать любую поверхность в источник энергии.
Разработка этого проекта, начавшаяся в декабре 2022 года и находящаяся сейчас на продвинутой стадии, привела к созданию элементов, значительно меньших по весу, чем обычные солнечные панели. Наиболее удивительно то, что они способны генерировать больше энергии на килограмм . Таким образом, разработчики из MIT сделали шаг вперед по сравнению с любой другой группой ученых.
Мы разработали новую солнечную батарею, которая мощнее и универсальнее существующих.
Новые солнечные элементы изготавливаются из полупроводниковых чернил с использованием печатных технологий , которые могут послужить источником вдохновения для их массового производства. Действительно, благодаря своим уникальным характеристикам они гибкие и очень долговечные .
Было обнаружено, что они тоньше человеческого волоса и прикреплены к прочной, легкой ткани , что помогает им дольше сохранять свои свойства. Это также облегчает их установку на стационарную поверхность.
Таким образом, эта легкая солнечная технология может быть легко интегрирована в любую архитектурную среду с минимальными требованиями к установке . Это стало возможным благодаря процессу производства, в котором используются наноматериалы.
«Традиционные кремниевые солнечные элементы хрупкие, поэтому их необходимо заключать в стеклянные корпуса и упаковывать в тяжелые, толстые алюминиевые рамы. Это ограничивает места и способы их применения».
Владимир Булович, руководитель Лаборатории органической электроники и наноструктур и директор Массачусетского технологического института.
Важно отметить, что в течение последних шести лет команда ONE Lab занимается производством солнечных элементов с использованием тонкопленочных материалов , которые отличаются очень малым весом. Однако, поскольку они сверхтонкие, их изготовление осуществляется с помощью сложных вакуумных процессов, которые очень дороги и трудно масштабируемы.
В своей текущей работе исследователи из Массачусетского технологического института предложили создать полностью печатные тонкопленочные солнечные элементы . Для этого они использовали материалы, основанные на масштабируемых технологиях производства и чернилах. Это включает в себя нанесение слоев электронных материалов на пластиковую подложку толщиной 3 микрона.
Таким образом, это включает в себя нанесение электрода на структуру для завершения создания солнечного модуля . После завершения этого процесса напечатанный модуль , толщина которого составляет около 15 микрон, может быть отделен, что позволяет создать сверхлегкое солнечное устройство , как объяснили исследователи.
Однако это было не всё, поскольку перед исследователями из Массачусетского технологического института стояла ещё одна задача: предотвратить разрушение этих чрезвычайно тонких солнечных модулей . Поэтому им нужно было найти лёгкую, гибкую и прочную подложку, которая могла бы надёжно прилегать к элементам.
После долгих поисков материала они обнаружили композитную ткань весом около 13 граммов на квадратный метр , известную как Dyneema . Она состоит из прочных волокон, которые можно использовать в качестве канатов для подъема затонувшего корабля из моря.
Для крепления этой ткани к солнечным элементам они использовали слой клея, отверждаемого ультрафиолетом, толщиной в несколько микрон . В результате получилась сверхлегкая и прочная солнечная конструкция.
«Возможно, было бы проще напечатать солнечные элементы на ткани, но это ограничило бы выбор подходящих тканей или поверхностей, совместимых со всеми этапами обработки, необходимыми для производства устройств. Наш подход отделяет производство от окончательной интеграции».
Владимир Булович, руководитель Лаборатории органической электроники и наноструктур и директор Массачусетского технологического института.
Когда исследователи протестировали устройство, они обнаружили, что оно способно самостоятельно генерировать около 730 ватт энергии на килограмм . При размещении на высокопрочной ткани Dyneema оно генерировало 370 ватт . Это означает, что оно обладает в 18 раз большей мощностью на килограмм, чем обычные солнечные батареи.
В настоящее время исследователи работают над разработкой подходящего материала для защиты от влаги и кислорода в воздухе. Поэтому они сосредоточены на удалении как можно большего количества неактивных в отношении солнечного излучения материалов, сохраняя при этом форму и эксплуатационные характеристики конструкции.
«Помещение этих солнечных элементов в толстое стекло, как это обычно делается с традиционными элементами, свело бы на нет весь прогресс, достигнутый на данный момент. Идея состоит в том, чтобы сохранить их форму, не влияя на то, что уже было сделано».
Владимир Булович, руководитель Лаборатории органической электроники и наноструктур и директор Массачусетского технологического института.
Развитие солнечной энергетики продолжается; вот некоторые из наиболее важных достижений за последний год.
Ни для кого не секрет, что лучший способ позаботиться о планете Земля — это инвестировать в возобновляемые источники энергии , и это побудило многих экспертов начать разработку новых проектов, связанных с этой темой.
Поэтому мы представляем вам некоторые из наиболее важных проектов, реализованных в 2022 году:
- Инвертированный поликремний: В настоящее время группа исследователей работает над этой технологией, которая, как ожидается, будет готова к 2024 году. Эти солнечные панели будут иметь отрицательный заряд, что может значительно повысить их эффективность. Кроме того, это обеспечит им дополнительный заряд электронов, сделав их на 3,5% мощнее, чем обычные панели.
- Фотоэлектрические акустические барьеры (PVNB): Цель этой технологии — контролировать шум, создаваемый фотоэлектрическими солнечными батареями, тем самым не только способствуя созданию проекта возобновляемой энергетики, но и помогая снизить высокий уровень шума. Хотя она и не является совершенно новой, она представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с предыдущими моделями.
- Увеличение размера клеткиВ настоящее время солнечные панели изготавливаются из сверхтонкого поликремния, но в данном случае материал формуется в листы, состоящие из очень тонких ячеек. Размер таких ячеек составит 156 мм. Увеличение размера позволяет повысить эффективность каждой отдельной ячейки.
- Перовскитный материал: Этот материал может повысить эффективность солнечных панелей. Он используется в производстве устройств, поэтому очень тонкий и прозрачный. Этот минерал можно применять в солнечных панелях для повышения их производительности.
- Двусторонние солнечные панели: Наконец, мы находим двусторонние панели, способные использовать солнечный свет, отраженный от их обратной стороны. Это делает их более эффективными, чем обычные панели. Они также изготавливаются из прозрачных листов с двойным слоем закаленного стекла.
