توسعه سلول‌های خورشیدی به ضخامت کاغذ!

مجموعه: اختراعات جدید

به گزارش ایسنا و به نقل از تی ای، مهندسان ام آی تی سلول‌های خورشیدی پارچه‌ای فوق سبکی ساخته‌اند که می‌توانند به سرعت و به راحتی هر سطحی را به منبع انرژی تبدیل کنند. آنها این سلول‌های خورشیدی که به اندازه کاغذ نازک هستند را با استفاده از فرآیندهای چاپ مبتنی بر محلول مقیاس‌پذیر برای همه لایه‌ها توسعه دادند.

این سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر و ارتجاعی به پارچه‌ای محکم و سبک متصل می‌شوند و بسیار نازک‌تر از موهای انسان هستند و همین امر نصب آنها را روی یک سطح دائمی آسان می‌کند. قابل حمل هستند و به همین دلیل می‌توان به سرعت آنها را در مناطق دورافتاده مستقر کرد تا در مواقع اضطراری کمک کننده باشند.

برخلاف پنل‌های خورشیدی معمولی، این سلول‌های خورشیدی جدید کمتر از یک گرم در سطح ماژول وزن دارند. علاوه بر این، آنها ۱۸ برابر بیشتر از پنل‌های خورشیدی معمولی در هر کیلوگرم انرژی تولید می‌کنند و از جوهرهای نیمه رسانا با استفاده از فرآیندهای چاپی ساخته می‌شوند که می‌توانند در مقیاس بزرگ تولید شوند.

"ولادیمیر بولوویچ"(Vladimir Bulović) محقق این مطالعه و رهبر آزمایشگاه الکترونیک آلی و نانوساختار(ONE Lab) گفت: معیارهای مورد استفاده برای ارزیابی یک فناوری جدید سلول خورشیدی، معمولاً به بازده تبدیل توان آنها و هزینه آنها به دلار در هر وات محدود می‌شود. یکپارچگی نیز به همان اندازه مهم است. این پارچه‌های خورشیدی سبک وزن، یکپارچگی را ممکن می‌کنند و انگیزه‌ای برای کار فعلی فراهم می‌کند. با توجه به نیاز فوری فعلی به استقرار منابع جدید انرژی بدون کربن، ما در تلاش هستیم تا روند پذیرش خورشیدی پنل‌های خورشیدی را تسریع کنیم.

از آنجایی که سلول‌های خورشیدی معمولی بسیار شکننده هستند، باید در شیشه پوشانده شوند و در قاب آلومینیومی سنگین و ضخیم بسته بندی شوند. این امر مکان و نحوه استقرار آنها را محدود می‌کند. در این مطالعه جدید، دانشمندان با استفاده از مواد مبتنی بر جوهر و تکنیک‌های ساخت مقیاس‌پذیر، سلول‌های خورشیدی نازکی را توسعه دادند که کاملا قابل چاپ هستند. آنها از نانومواد به عنوان جوهرهای الکترونیکی قابل چاپ برای ایجاد سلول‌های خورشیدی استفاده کردند. آنها با کار در اتاق تمیز، ساختار سلول خورشیدی را با استفاده از یک پوشش شکافی پوشش دادند. این کار سبب قرار گرفتن لایه‌هایی از مواد الکترونیکی روی یک بستر آماده و قابل آزاد شدن که تنها سه میکرون ضخامت دارد، می‌شود. آنها در ادامه از فرایند چاپ روی صفحه، برای گذاشتن الکترود روی ساختار و تکمیل ماژول خورشیدی استفاده کردند.

اتاق تمیز اصولا به محیطی گفته می‌شود که جهت تولید یا تحقیقات علمی و صنعتی در آن فعالیت‌هایی صورت می‌گیرد و در این محیط مقدار آلاینده‌های زیست‌محیطی بسیار پایین‌تر از حد معمول فضای یک محیط بسته می‌باشد.

ماژول چاپ شده، تقریبا ۱۵ میکرون ضخامت دارد و ممکن است سپس از بستر پلاستیکی جدا شود تا یک دستگاه خورشیدی فوق سبک ایجاد شود. با این حال، استقرار چنین ماژول‌های خورشیدی مستقل و کوچکی دشوار است، زیرا به راحتی پاره می‌شوند و مدیریت آنها دشوار است. تیم ام آی تی به دنبال بستری نازک، انعطاف‌پذیر و قوی بودند که بتوانند سلول‌های خورشیدی را برای غلبه بر این مشکل توسعه دهند. پارچه‌ها بهترین گزینه بودند زیرا انعطاف مکانیکی و انعطاف پذیری مجزایی را با حداقل وزن اضافی ارائه می‌دهند.

آنها ماده عالی به نام "Dyneema" را کشف کردند. Dyneema، یک پارچه کامپوزیت با وزن هر متر مربع فقط ۱۳ گرم است. الیاف به کار رفته در ساخت این پارچه به قدری قدرتمند است که از آنها به عنوان طناب برای بلند کردن کشتی تفریحی غرق شده کاستا کنکوردیا(Costa Concordia) از کف دریای مدیترانه استفاده کردند. آنها ماژول‌های خورشیدی را با قرار دادن یک پوشش نازک از چسب با اشعه فرابنفش بر روی ورق‌های این پارچه چسباندند. این کار به ساختار خورشیدی بادوامی منجر می‌شود.

هنگامی که محققان این فناوری را آزمایش کردند، دریافتند: این دستگاه می‌تواند ۷۳۰ وات انرژی بر کیلوگرم را در حالت ایستاده و حدود ۳۷۰ وات انرژی بر کیلوگرم را در صورت استقرار بر روی پارچه Dyneema با استحکام بالا تولید کند که این مقدار حدود ۱۸ برابر بیشتر از انرژی تولیدی سلول‌های خورشیدی معمولی در هر کیلوگرم است. آنها همچنین دوام دستگاه‌های خود را آزمایش کردند و دریافتند که، حتی پس از بیش از ۵۰۰ بار چرخاندن و باز کردن یک پنل پارچه خورشیدی، سلول‌ها همچنان بیش از ۹۰ درصد از قابلیت تولید انرژی اولیه خود را حفظ کرده‌اند.