Самые тонкие солнечные батареи

Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы представили концепт солнечных батарей, которые можно использовать для микроскопических устройств. Они настолько тонкие и гибкие, что их можно разместить даже на мыльном пузыре.

Исследователи из Саудовской Аравии представили метод для изготовления солнечных батарей, которые теперь можно сделать настолько тонкими, легкими и гибкими, что они могут удержаться даже на мыльном пузыре. Новое соединение, которые эффективно улавливают энергию из света, может стать альтернативный способом питания электронных устройств — таких как медицинские пластыри для кожи, где традиционные источники энергии непригодны.

До сих пор ультратонкие органические солнечные элементы, как правило, изготавливались с помощью центрифугирования (процедура, используемая для нанесения однородных тонких пленок на плоские подложки) или термического испарения, которые не являются масштабируемыми и ограничивают геометрию устройства. Новая технология использует оскид индия-олова в качестве электрода. Для того, чтобы преодолеть хрупкость материала, команда использовала струйную печать.

«Большие разработки в области электронной кожи для роботов, датчиков для летающих устройств и биосенсоров для обнаружения заболеваний ограничены с точки зрения источников энергии. Вместо громоздких батарей или подключения к электрической сети мы подумали об использовании легких, ультратонких органических солнечных батарей для получения энергии из света, как в помещении, так и на улице», – пресс-релиз Научно-технологического университета имени короля Абдаллы.

После оптимизации состава чернил для каждого слоя устройства, солнечные элементы напечатали на стекле для проверки их работоспособности. Они достигли эффективности преобразования энергии (PCE) в 4,73%, побив предыдущий рекорд в 4,1% для полностью напечатанного элемента. Команда впервые показала, что элемент можно распечатать на ультратонкой гибкой подложке, достигнув показателя PCE в 3,6%.

Источник

Появились самые тонкие, легкие и гибкие солнечные батареи в мире

Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы представили концепт солнечных батарей, которые можно использовать для микроскопических устройств. Они настолько тонкие и гибкие, что их можно разместить даже на мыльном пузыре.

Исследователи из Саудовской Аравии представили метод для изготовления солнечных батарей, которые теперь можно сделать настолько тонкими, легкими и гибкими, что они могут удержаться даже на мыльном пузыре. Новое соединение, которые эффективно улавливают энергию из света, может стать альтернативный способом питания электронных устройств — таких как медицинские пластыри для кожи, где традиционные источники энергии непригодны.

До сих пор ультратонкие органические солнечные элементы, как правило, изготавливались с помощью центрифугирования (процедура, используемая для нанесения однородных тонких пленок на плоские подложки) или термического испарения, которые не являются масштабируемыми и ограничивают геометрию устройства. Новая технология использует оскид индия-олова в качестве электрода. Для того, чтобы преодолеть хрупкость материала, команда использовала струйную печать.

«Большие разработки в области электронной кожи для роботов, датчиков для летающих устройств и биосенсоров для обнаружения заболеваний ограничены с точки зрения источников энергии. Вместо громоздких батарей или подключения к электрической сети мы подумали об использовании легких, ультратонких органических солнечных батарей для получения энергии из света, как в помещении, так и на улице».

пресс-релиз Научно-технологического университета имени короля Абдаллы

После оптимизации состава чернил для каждого слоя устройства, солнечные элементы напечатали на стекле для проверки их работоспособности. Они достигли эффективности преобразования энергии (PCE) в 4,73%, побив предыдущий рекорд в 4,1% для полностью напечатанного элемента. Команда впервые показала, что элемент можно распечатать на ультратонкой гибкой подложке, достигнув показателя PCE в 3,6%.

Ранее появились новые тонкие солнечные батареи можно прикрепить к любой поверхности. К 2023 году они станут на 3% эффективнее, чем аналоги. Устройства используют органические полимеры, которые улавливают солнечную энергию и проводят электричество. Жидкие полимеры укладываются на листы материала слоями — из них получаются панели, толщиной 0,075 мм. Исследователи отказались от кремния — основного материала, который используют в традиционных панелях.

Источник

Достоинства тонкопленочные солнечные батареи и недостатки, цена, характеристики

Установив солнечные устройства, в том числе тонкопленочные солнечные батареи, человек становится независимым от централизованной подачи электроэнергии и растущих постоянно тарифов, тем самым экономится бюджет.

Обзор

Сегодня батареи солнечные тонкопленочные помимо классической установки на крышах, можно использовать вместо остекления. Модули такие отличаются разнообразным цветовым решением, что позволяет зданиям придавать неповторимый внешний вид.

Вырабатывая тонкопленочными батареями энергия может быть использована для бытовых нужд.

Стекло закаленное, покрывающее фотоэлементы, имеет большую механическую прочность, чем обычное, и более безопасно. Поэтому верхние этажи домов во многих странах, а также лоджии и балконы остекляются именно им.

Помимо этого, оно обеспечивает достаточно хорошую прозрачность, гарантирующую высокую эффективность даже при рассеянном свете, т.е. они не только выглядят эстетично, но и экономят бюджет.

За непрозрачную батарею заплатить придется порядка 9 тысяч рублей, за цветную прозрачную частично (20%) -16 тысяч.

Но, в наши дни тонкопленочные солнечные батареи не получили такого широкого распространения, как их кристаллические братья. Причины кроются в их больших габаритах и низком КПД.

Тем не менее, специалисты считают, что будущее гелиоэнергетики именно за ними.

Они ссылаются на такие достоинства тонкопленочных батарей:

• низкая себестоимость;
• небольшая разница в КПД;
• постоянное повышение стоимости кристаллических аналогов.

К тому же технология тонких пленок считается наиболее надежной. Уже сегодня разработано несколько видов батарей тонкопленочных, называемых также «гибкими», для создания которых применяют:

• кремний аморфный;
• кадмия теллурид/сульфид;
• диселениды медно-индиевые и медно-гелиевые.

Основные преимущества

Этот вид солнечных панелей тонкопленочных имеет много отличий от аналогов кристаллических:

• малая толщина, не превышающая 1 микрона;
• отличная гибкость, позволяющая монтаж панели производить на всевозможные криволинейные поверхности, включая цилиндрические;
• сохранение параметров в рассеянном свете, что позволят увеличить общую выработку электроэнергии, в сравнении с поли- и монокристаллическими панелями, на 10, а в отдельных случаях на 15 процентов;
• небольшая себестоимость производственного процесса, следовательно, и невысокая стоимость готового изделия;
• высокоэффективное функционирование в энергосистемах мощностью более 10 кВт и в условиях высоких температур;
• значительные показатели оптического поглощения солнечного спектра, превышающий кристаллический более, чем в 20 раз;
• стабильность мощности выходной продолжительное время- надежность;
• безвредность для окружающей среды, поскольку в них низкая доля использования кремния – 1/000 от применяемого в кристаллических аналогах;
• короткий период окупаемости за счет большой энергоотдачи;
• небольшой вес, упрощающий монтаж;
• ударопрочность. При монтаже нередки падения, но пленка остается работоспособной.

Недостатки

К ним относят:

• большие размеры при одинаковой с кристаллическими панелями мощности (больше последних в 2,5 раза);
• в высоковольтных электросистемах присутствие контроллеров и инверторов является обязательным.

Применение

Использование данного типа тонкопленочных панелей солнечных достаточно разнообразно:

• в областях, где в течение года большое количество пасмурных дней;
• в гелиостанциях большой емкости;
• в регионах с жарким климатом.

Устройство

Триплексы из закаленного стекла, в которые помещают тонкопленочные солнечные батареи, являются для последних надежной защитой. Фотопленка находится под высокопрочным стеклом, которое отличается высокой прозрачностью и одновременно прозрачностью. Такое же решение применяется в области автомобилестроения, производства триплексов светодиодных, архитектуре, где зарекомендовало себя с лучшей стороны.

Рекомендуем:

• Работа солнечных батарей ночью и в пасмурную погоду
• Монокристаллические солнечные панели: сравнение с аналогами, достоинства, цена — ТОП-6
• Goal Zero Nomad 14 Plus: обзор солнечной панели, внешний вид, устройство, достоинства и цена

О технологии

Для изготовления тонкопленочной солнечной конструкции напыляют на гибкую подложку (обычно полимерную) полупроводниковые соединения.

Вначале пользовались для этого исключительно аморфным кремнием. Но, не устраивал низкий КПД фотоэлементов был– порядка 4-5%.

После появления селениды и теллуриды — инновационных материалов, удалось добиться более высокого показателя КПД — до 12%.

Материалы

Но наиболее перспективным на данное время считают тонкопленочные солнечные устройства, изготовленные на основе селенида медиа-галлий-индиевого. После поочередного или одновременного распыления этих материалов, фотоэлементы обрабатывают селеновыми парами.

Серьезную трудность представляет нанесение на всю поверхность (достаточно большую) равномерного покрытия.

Метод вакуумирования

Способ предусматривает использование вакуумных камер или электронных пушек для осаждения из пара диселендов.

В принципе, использовать можно любые подходы, например, ионное распыление, но все методы имеют свои сложности, такие как образование пленки как на подложке, так и на внутренней поверхности камеры. Другая сложность связана с поставками индия, активно применяемого для изготовления плоскопанельных мониторов.

У таких устройств КПД может превышать отметку 20%.

Хотя активно развиваются панели этого типа, их востребованность невелика и не превышает 2%.

Большую популярность завоевали пленки, в изготовлении которых используется кадмия теллурид, Их КПД 16% (против 18%). Большой популярностью пользуются батареи аморфно-кремниевое. Их КПД удалось увеличить до 10%.

Способ суспензии

В производстве тонкопленочных солнечных батарей ведущими специалистами используется несколько способов для нанесения диселенидов. Наиболее распространенным является применении суспензированных оксидов металла.

Изменяя концентрацию и вязкость суспензии получают, так называемые, «чернила», которые корректируются под конкретную технологию (от трафаретного нанесения до струйного осаждения).

В качестве подложки также могут выступать разные материалы — фольга металлизированная, стекло, даже пластик. КПД применения материала при этом очень большой – 90%, а производство во много раз дешевле вакуумирования.

Достоинством метода является равномерный и однородный слой напыления, а недостатком – низкий, в сравнении с вакуумированием, КПД – 16% (против 18%).

Стоимость

Недорого тонкопленочные солнечные батареи купить можно в интернет-магазинах, адреса которых приведены в таблице:

Видео: Cолнечные модули на базе тонкопленочной технологии

Автор и редактор обзоров по гаджетам и новой техники. Ведет работы по написанию свежих рейтингов к публикациям, проверки достоверности и актуальности информации уже опубликованных статей. Отвечает на вопросы в комментариях, пишет на авто темы.

Источник

Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

Энергия из морских волн

В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.

Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.

Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.

Энергия из ДНК

Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели синтезировать супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.

Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.

Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.

Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.

Респираторы с солнечными батареями

Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.

Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.

Солнечные паруса

В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.

Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.

Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.

«Бесконечная» энергия из воздуха

В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.

С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.

Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.

Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.

Электричество из дерева

Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.

Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.

Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

• превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
• с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
• соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Источник