211service.com
Flexibla silikonsolceller
Konventionella solceller är skrymmande och stela, men att bygga lätta, flexibla celler har kommit med kompromisser i effektivitet och robusthet. En ny metod för att göra flexibla uppsättningar av små kiselsolceller kan producera enheter som inte utsätts för dessa kompromisser. Arrays av dessa mikroceller är lika effektiva som konventionella solpaneler och kan vara billigare att tillverka eftersom de använder betydligt mindre kisel. De små solcellerna skulle kunna integreras i bland annat fönstertonning, och de kan användas för att driva en bils luftkonditionering och GPS.
Böjande silikons kraft: Uppsättningar av små kiselsolceller som den på det här fotografiet är sammansatta med hjälp av en transfertryckteknik. Dessa arrayer är lika effektiva som konventionella solceller, som är skrymmande och stela. Varje mikrocell i arrayen är cirka 1,5 millimeter lång och 15 mikrometer tjock.
Forskare under ledning av John Rogers , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign, använde en kombination av etsning och överföringstryck för att skapa uppsättningar av kiselceller som är en tiondel av tjockleken på konventionella celler. De visade flera möjliga konstruktioner för solpaneler som innehåller mikrocellerna, inklusive täta arrayer som är tillräckligt flexibla för att böja sig runt en penna. Du kan rulla ihop dem som en matta, transportera dem i en skåpbil och rulla ut dem på ett tak, säger Rogers.
Processen bygger på tekniker för att tillverka flexibel elektronik som Rogers har utvecklat under de senaste åren. Först etsar forskarna i Illinois barer som är cirka 1,5 millimeter långa, 50 mikrometer breda och 15 mikrometer tjocka från en oblat av monokristallint kisel. De använder en stämpel gjord av en mjuk polymer för att plocka upp mikrostängerna och placera dem på ett substrat, som kan vara glas eller en flexibel plast, och tillverkar sedan sammankopplingar. Rogers fann att en celltjocklek på 15 till 20 mikrometer gav en bra balans: tillräckligt tunn för att vara flexibel, men tillräckligt tjock för att vara mekaniskt stabil och effektiv. Konventionella solceller använder ett lager av kisel 150 till 200 mikrometer tjockt.
Uppsättningar av celler har ungefär 12 procents effektivitet. Illinois-forskarna ökade arrayernas uteffekt med ungefär två och en halv gånger genom att lägga till koncentratorer i form av ett lager av cylindriska mikrolinser. De bästa solcellerna på marknaden omvandlar mer än 20 procent av solljuset som faller på dem till energi.
Det här är en bra början på att använda silikonwafers mer effektivt, säger Howard Branz , huvudforskare inom gruppen för kiselmaterial och -anordningar vid National Renewable Energy Laboratory, i Golden, CO. Med sin tillvägagångssätt för transfertryck, säger Branz, har Rogers och hans grupp för första gången visat hur sådana tunna celler kan tillverkas på stora ytor.
Flexibla solceller tillverkade av en annan form av kisel, kallad amorft kisel, har hittat en plats i nischapplikationer där låg vikt är kritisk. Dessa celler har dock inte kommit till större användning eftersom de är mycket mindre effektiva än det kristallina kisel som används i konventionella solceller. Det finns många grupper som arbetar med nya material, inklusive polymerer för flexibla solceller. Men dessa material matchar ännu inte effektiviteten och hållbarheten hos kisel, säger Ray Chen , en professor vid forskningscentret för mikroelektronik vid University of Texas i Austin. Jag kan inte säga att kisel kommer att vara det de material på lång sikt, säger Chen. Men baserat på de data vi har för närvarande är [monokristallint] kisel ett mycket robust material och har fördelen av tillförlitlighet och effektivitet.
En stor fördel med att göra solcellsmatriser med hjälp av sin transfer-printing-process, säger Rogers, är förmågan att kontrollera avståndet mellan mikrocellerna. Glesa uppsättningar av cellerna är halvtransparenta och skulle kunna användas som tonade, energiproducerande fönsterbeläggningar. Rogers hoppas också att de tunna solcellerna ska ersätta konventionella solceller på tak och på andra platser där solceller redan finns. Om Illinois-tekniken visar sig vara billigare och enklare att transportera och installera än konventionella celler, kan den ta bort några av hindren för mer utbredd användning av solenergi.
Ändå kvarstår frågor om effektiviteten hos Rogers solceller. För att vara game changers kommer dessa celler att behöva ha en effektivitet närmare 15 procent, säger Branz. Det finns befintliga metoder för att öka effektiviteten hos monokristallina kiselsolceller till mer än 20 procent, säger Rogers, och dessa metoder skulle kunna tillämpas på mikrocellerna också, även om forskarna från University of Illinois ännu inte har fokuserat på att optimera materialets effektivitet.