211service.com
Mikroskopiskās saules baterijas varētu redzēt vairāk saules gaismas
Sandia National Laboratories pētnieki ir samazinājuši silīcija saules baterijas līdz mikro mērogam, paverot jaunas iespējas efektivitātes uzlabošanai.
Mērogošanas silīcijs: Šo samazināto sešstūra silīcija saules bateriju diametrs ir no 0,25 līdz vienam milimetram. Dažās no tām redzamās līnijas ir metāla elektriskie kontakti.
Daudzkristāliskais silīcijs, kas pašlaik ir saules bateriju efektivitātes zelta standarts, ir dārgs un rada smagas un trauslas šūnas. Sandia mikroskopiskās silīcija saules baterijas izmanto 100 reizes mazāk materiālu, vienlaikus darbojoties ar tādu pašu efektivitāti.
Papildus zemākām materiālu izmaksām šo elementu mazākais mērogs nozīmē, ka tos var iekļaut kompaktās optiskās sistēmās, lai nodrošinātu lētāku gaismas izsekošanu un koncentrāciju. Pētnieki pat varētu tos ievietot tintēs, kuras varētu uzdrukāt uz plastmasas, lai izveidotu efektīvus, elastīgus silīcija-saules moduļus.
Mikrosistēmās jūs meklējat lietas, kas kļūst lētākas, darbojas labāk un iegūst jaunas funkcijas, saka Gregorijs Nīlsons, projekta galvenais zinātnieks.
Līdz šim Sandia pētnieki ir samontējuši un pārbaudījuši vienu mikro saules bateriju kā principa pierādījumu. Bet viņi ir sākuši pārbaudīt funkcionējošus saules moduļus, kas izgatavoti no vairākām sīkām šūnām, un izstrādā metodes to efektīvai montāžai.
Sandijas šūnu diametrs ir no 0,25 līdz vienam milimetram. Galvenais ieguvums no šādu mazu šūnu ražošanas būtu zemākas materiālu izmaksas, jo sīkās šūnas var izgatavot apmēram 10 reizes plānākas nekā parastās. Parasti saules baterijām jābūt 100 mikrometru biezām, lai atbalstītu to virsmas laukumu – parasti apmēram 15 centimetrus kvadrātā.
Sandia izgatavo šūnas no silīcija, kas ir apstrādāts, izmantojot parastās ķīmiskās metodes. Pētnieki izgriež šūnas no šī silīcija, izmantojot ķīmisko kodināšanas paņēmienu, kas rada nenozīmīgus atkritumus. Tie apstrādā vafeles virsmu, lai radītu funkcionējošai šūnai nepieciešamās elektriskās īpašības, pēc tam papildina to ar metāla kontaktiem. Pēc tam pētnieki iegravē vafeļu virsmas 10 līdz 20 mikrometrus, izmantojot ķīmiskas vielas, kas ieēd tikai noteiktu kristāla struktūras daļu.
Iegūtās šūnas ir aptuveni 20 mikrometrus biezas, taču tām ir tāda pati efektivitāte kā parastajām šūnām, pārvēršot aptuveni 14,9 procentus saules gaismas elektroenerģijā. Ir arī vieglāk izveidot šūnas sešstūra formā, tādējādi maksimāli izmantojot pieejamo laukumu, netērējot daudz silīcija. Materiālu ietaupījums ir liels darījums, saka Nīlsons.
Silīcijs un saule: Sandijas pētnieks Gregorijs Nīlsons glabā virkni mikromēroga daudzkristālisku silīcija saules bateriju.
Mikromēroga saules baterijas piedāvā jaunas iespējas gaismas koncentrēšanai un izsekošanai, kas varētu vēl vairāk palielināt šūnu efektivitāti. Parastās izsekošanas sistēmas ir lielas un smagas, un tās jāpārvieto ar motoriem. Mikro saules bateriju masīvu varētu papildināt ar mikrolēcu bloku, kuram ir jāpārvieto tikai milimetra daļa, lai izsekotu saulei.
Mikroskopiskās šūnas varētu arī apvienot ar efektīvākām lēcām. Fresnel lēcu vietā, kas ir apjomīgi un uztver tikai aptuveni 80 procentus no gaismas, kas uz tām nonāk, mikrošūnas varētu izmantot refrakcijas lēcas, kas uztver 90 procentus no ienākošās gaismas. Nav praktiski izmantot refrakcijas lēcas ar parastajām saules baterijām, jo šādas lēcas vajadzīgajā izmērā kļūtu pārāk dārgas un apjomīgas (jo lielāks objektīvs, jo tālāk tas jāuzstāda no šūnas virsmas). Bet Sandia šūnām refrakcijas mikrolēcu masīvs varētu saskaņot katru silīcija ierīci ar vienu objektīvu, kura diametrs ir tikai daži mikrometri. Šādi masīvi jau ir komerciāli pieejami.
Nīlsons saka, ka izstrādātāji galu galā varētu suspendēt šūnas šķidrumā, lai izveidotu tinti, ko varētu drukāt uz elastīgiem substrātiem, kas pārklāti ar elektriskiem kontaktiem, lai izveidotu elastīgus saules moduļus.
Saules baterijām elastība parasti kaitē efektivitātei. Piemēram, uzņēmums Konarka ražo elastīgas saules baterijas no organiskiem materiāliem, taču tās darbojas tikai ar aptuveni 4 procentu efektivitāti. Mēs domājam, ka varam izmantot augstas efektivitātes materiālus, lai nodrošinātu tādu pašu elastību, izmantojot piecas reizes mazāku platību, saka Nīlsons.
Nīlsons sagaida projektu, kas tiek finansēts ar ASV Enerģētikas departamenta starpniecību Saules tehnoloģiju programma , lai aptuveni trīs gadu laikā iegūtu moduļus militārām vajadzībām (piemēram, enerģijas ieguves teltīs un mugursomās). Pārējam saules enerģijas tirgum ir stingras prasības attiecībā uz kalpošanas laiku, tāpēc var paiet vēl daži gadi, lai izstrādātu pietiekami izturīgus moduļus. Valsts laboratorija, visticamāk, licencēs tehnoloģiju uzņēmumam pēc tam, kad tā būs nobriedusi.