Представьте себе, что солнечные батареи настолько гибкие, тонкие и легкие, что их возможно разместить практически на любой поверхности или материале. Например, на рубашке, телефоне или головном уборе, или даже на листе бумаги или воздушном шаре.
Ученые из MIT (Massachusetts Institute of Technology) представили именно такую технологию – самые легкие и тонкие солнечные батареи из-когда либо представленных. Хотя могут уйти годы на то чтобы сделать из этого изобретения по-настоящему коммерческий продукт, однако данная концепция демонстрирует абсолютно новый подход к созданию солнечных батарей, что в будущем может помочь создать целый ряд портативных электронных устройств.
Ученые утверждают, что ключ к новому подходу совершенствования солнечных элементов лежит в подложке, которая будет поддерживать его, а также в защитном слое, для ограждения солнечного элемента от среды окружения, и все это выполняется в одном процессе. Подложка должна изготавливаться на месте и никогда больше не обрабатываться, очищаться или удалятся из вакуума в процессе изготовления, тем самым сводя к минимуму воздействия пыли и прочих загрязнений снижающих производительность ячейки.
Новаторский шаг заключается в том, что возможно создавать подложку в процессе изготовления самого солнечного элемента.
В своем эксперименте ученые использовали довольно распространенный гибкий материал – парилен. Использовался он в качестве подложки, а в качестве основного светопоглощающего слоя был использован органический материал дибутилфталат (Dibutyl phthalate DBP). Парилен – коммерчески доступный пластиковый материал, который широко применяется для покрытия печатных плат (защита от внешних воздействий), а также для защиты имплантированных биомедицинских приборов. Весь процесс создания солнечной батареи происходит при комнатной температуре в вакуумной камере без применения различных растворителей, в отличии от процесса изготовления обычных солнечных батарей, производство которых требует агрессивных химических веществ и высоких температур. В этом случае подложки и фотоэлемент не «выращивают» с помощью методов осаждения из паровой фазы.
Один процесс – много материалов
Также ученые отметили, что материалы, используемые в эксперименте, являются примерами, а для изготовления слоя инкапсуляции (защиты) и подложки могут использоваться различные материалы. На органические слои также могут быть заменены перовскиты и квантовые точки, используемые в стартовых тестах.
Но уже сейчас команда ученых добилась создания наиболее легких и тонких солнечных батарей. Чтобы показать насколько в действительности тонкие и легкие новые солнечные батареи, исследователи положили рабочую ячейку батареи на мыльный пузырь, и он не лопнул!!! Да, ученые признают, что данная ячейка может быть слишком тонкой и легкой для практической реализации, ведь вы можете чихнуть или ваше дыхание будет слишком сильным, и эта ячейка улетит в непредсказуемом направлении. Париленовые пленки с толщиной до 80 мкм вполне могут наносится промышленным оборудованием без привлечения специальных механизмов и технологий.
Гибкая париленовая пленка, чем то похожая на кухонную, но намного тоньше, сначала накладывается на более толстый материал носитель, в данном случае стекло. Выяснить, как аккуратно отделить этот тонкий материал от стекла является одной из основных проблем.
Ученые поднимают весь парилен/фотоэлемент/парилен стек с носителем после завершения процесса производства, используя каркас из гибкой пленки. Окончательные ультра-тонкие, гибкие фотоэлементы, включая обложки и покрытия, имеют толщину лишь одной пятидесятой человеческого волоса и одной тысячной толщины эквивалентных элементов на стеклянной подложке (около двух микрометров толщиной). И при этом преобразование солнечного света в электричество они производят также эффективно, как и их аналоги из стекла.
Ненужно никаких чудес
«Мы поместили наш носитель в вакуумную среду, после наносим остальные слои, а после этого очищаем его» — объяснили ученые. Да, звучит все просто, но на самом деле для отладки процесса могут понадобится годы.
Хотя они использовали стекло в качестве носителей для своих солнечных батарей, на самом деле там можно использовать и другой материал. Можно использовать практически любой другой элемент, так как условия его обработки довольно щадящие. Подложки и фотоэлемент могут наносится непосредственно на ткань или бумагу.
Данное устройство не является особенно эффективным, поскольку его небольшой вес не может дать большую мощность, но отношение мощности к весу является очень хорошим. Это важно для устройств где вес играет важную роль, например в космических кораблях или исследовательских гелиевых шарах. В то время как солнечный модуль со стеклянной крышкой может производить порядка 15 Вт на килограмм веса, новые модули демонстрируют мощность порядка 6 Вт на грамм, а это немного не мало, а почти в 400 раз выше.
Данные модули могут быть настолько легкими и мелкими, что их можно даже не заметить на крышке ноутбука, телефона, или воротнике рубашки.
Но для того, чтоб превратить полученные в результате исследований солнечные батареи в полноценный коммерческий продукт все же понадобится время. Данное изобретение может открыть новые возможности и направления в солнечной энергетике. Также необходимо максимизировать соотношение мощности к весу, для применения солнечных батарей данного типа в аэрокосмической сфере.
