211service.com
Origami saules baterijas
Viens no veidiem, kā izspiest vairāk enerģijas no saules gaismas, ir nodrošināt, lai tas vienmēr saskartos ar saules paneli ideālā leņķī. Tas nozīmē vai nu izsekot saulei un manevrēt paneli pret to, vai arī izmantot sarežģītu optiku, lai novirzītu saules starus, lai tie no augšas skartu paneļa virsmu.
Saliekams silīcijs: Šajos attēlos trīs plānas silīcija plēves virsmas spraiguma spēka ietekmē salocās 3-D formās, kad ūdens pilieni, kas atrodas to centros, iztvaiko. Augšējā rindā ir attēlots pirmais solis, kad ūdens pilieni ir lieli, un attēli zem tā parāda laika progresu, ūdens pilieniem sarūkot.
Ilinoisas universitātes pētnieki tagad ir nākuši klajā ar pašmontējošām sfēriskām saules baterijām, kas spēj uztvert vairāk saules gaismas nekā plakanas. Forma ir vienkāršāks veids, kā vairāk izmantot saules starus, taču to ir bijis grūti realizēt saules baterijā. Šīs jaunās mikromēroga saules baterijas ir izgatavotas, izmantojot parasto litogrāfiju apvienojumā ar pašmontāžu. Ja tās izrādīsies praktiskas, ierīces var savienot lielos blokos, kuriem ir tāda pati jauda kā parastajām šūnām, bet kas ietaupa materiālu izmaksas, izmantojot mazāk silīcija.
Tā vietā, lai izmantotu lielu pusvadītāju plāksni, kas aprīkota ar koncentrējošām lēcām un motoriem, lai to pārvietotu, mēs vēlamies izveidot kompaktas šūnas, kurām joprojām ir ievērojama jauda. Ralfs Nuzzo , ķīmijas profesors Ilinoisas Universitātē Urbana-Champaign.
Izliektas virsmas uztver vairāk gaismas nekā plakanas virsmas, jo tām ir lielāks virsmas laukums. Taču izliektu vai sfērisku saules bateriju izgatavošana ir sarežģīta, saka Nuzzo, jo pusvadītāju materiālu, piemēram, silīcija, apstrādes metodes vislabāk darbojas uz plakanām virsmām. Nuzzo grupa ir pārvarējusi šo problēmu, izveidojot mikromēroga 3-D struktūras, kas paši saliekamas no plakanām loksnēm.
Ilinoisas pētnieki sāk, apstrādājot plānas, augstas kvalitātes silīcija vafeles virsmu un izmantojot parasto litogrāfiju, lai izgravētu plānu, divdimensiju formu. Lai izveidotu sfēru, pētnieki sagrieza silīciju zieda formā. Pēc tam viņi izmanto līmi, lai iekšpusē nostiprinātu nelielu stikla gabalu. Stikls palīdz struktūrai saglabāt savu formu pēc salikšanas. Visbeidzot, kad ūdens piliens, kas novietots zieda formas centrā, iztvaiko, virsmas spraigums velk tās ziedlapiņas uz augšu, galu galā tās savedot kopā, veidojot sfēru.
Izaicinājums šajā gadījumā ir: kā panākt, lai lietas tiktu ievērotas vajadzīgajā darbību secībā, lai tās salocītu vēlamajā formā? saka Nuzzo. Ilinoisas grupa nāca klajā ar matemātiskiem modeļiem, lai palīdzētu prognozēt dažādu formu un biezumu silīcija lokšņu mehāniskās īpašības, kā arī to mijiedarbību ar ūdeni, ko var noregulēt, ķīmiski apstrādājot to virsmas.
Nuzzo grupa izmantoja paņēmienus, lai izveidotu funkcionējošas mikroskopiskas sfēriskas saules baterijas, lai pierādītu tā funkcionalitāti, ko viņš sauc par origami materiāliem. Pirms silīcija sagriešanas ziedlapas formā komanda to apstrādāja, veidojot vadošus reģionus, kas liek saules baterijai darboties. Pēc tam, kad zieds bija salocīts sfērā, tika pievienoti elektriskie kontakti. Grupa izmantoja līdzīgu paņēmienu, lai izgatavotu arī cilindriskas mikrosaules baterijas.
Šīs ierīces pārvērš tikai aptuveni 1 procentu no gaismas, kas tajās nonāk elektrībā — tā ir slikta saules baterijas atdeve, taču tas ir labāk nekā plakana saules baterija, kas izgatavota, izmantojot tādas pašas salīdzinoši neapstrādātas metodes, izmantojot tādu pašu silīcija daudzumu. Pētnieki saka, ka šo paņēmienu var izmantot arī citiem materiāliem, izņemot silīciju, un to varētu izmantot jaunu saules bateriju formu izgatavošanai. Darbs ir aprakstīts tiešsaistē šonedēļ Proceedings of the National Academy of Sciences .
Salokīšana ir ļoti pievilcīga, jo jūs varat izveidot fantastiskas, sarežģītas trīsdimensiju formas, saka Džordžs Barbastatis , mašīnbūves profesors MIT.
Ir arī citi veidi, kā uzlabot saules bateriju spēju uztvert gaismu, piemēram, pretatstarojoši pārklājumi un virsmas tekstūra. Jaunās pieejas galvenā priekšrocība ir tā, ka tai ir nepieciešams mazāk materiālu, saka Nuzzo. Plakanās saules baterijas, kuru biezums ir tikai daži mikrometri, nevar būt teksturētas – vienkārši nepietiek materiāla. Un pretatstarojošie pārklājumi palielina ražošanas izmaksas un sarežģītību. Nuzzo cer, ka pašmontāža varētu piedāvāt alternatīvu.
Ilinoisas grupa tagad strādās, lai uzlabotu procesu un izstrādātu dizainus, kas vēl vairāk uzlabo šūnu gaismas pārvaldību. Mēs vēlamies ieviest formas faktorus, kas balstās uz augstas veiktspējas materiāliem, piemēram, silīciju, bet nodrošina ievērojamu ekonomiju, izmantojot pēc iespējas mazāk šo dārgo materiālu, saka Nuzzo.