211service.com
Fleksible silicium solceller
Konventionelle solceller er voluminøse og stive, men at bygge lette, fleksible celler er kommet med afvejninger i effektivitet og robusthed. En ny metode til at lave fleksible arrays af små siliciumsolceller kunne producere enheder, der ikke lider under disse kompromiser. Arrays af disse mikroceller er lige så effektive som konventionelle solpaneler og kan være billigere at fremstille, fordi de bruger væsentligt mindre silicium. De bittesmå solceller kunne inkorporeres i blandt andet vinduesfarvning, og de kan bruges til at drive en bils klimaanlæg og GPS.
Bøjende siliciums kraft: Arrays af bittesmå siliciumsolceller som den på dette fotografi er samlet ved hjælp af en transfer-printteknik. Disse arrays er lige så effektive som konventionelle solceller, som er omfangsrige og stive. Hver mikrocelle i arrayet er omkring 1,5 millimeter lang og 15 mikrometer tyk.
Forskere ledet af John Rogers , en professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved University of Illinois i Urbana-Champaign, brugte en kombination af ætsning og overførselstryk til at skabe arrays af siliciumceller, der er en tiendedel af tykkelsen af konventionelle celler. De demonstrerede flere mulige designs til solpaneler, der inkorporerer mikrocellerne, inklusive tætte arrays, der er fleksible nok til at bøje rundt om en blyant. Du kan rulle dem sammen som et tæppe, transportere dem i en varevogn og folde dem ud på et tag, siger Rogers.
Processen bygger på teknikker til fremstilling af fleksibel elektronik, som Rogers har udviklet gennem de sidste par år. Først ætser forskerne fra Illinois barer, der er omkring 1,5 millimeter lange, 50 mikrometer brede og 15 mikrometer tykke fra en wafer af monokrystallinsk silicium. De bruger et stempel lavet af en blød polymer til at opsamle mikrostængerne og placere dem på et substrat, som kan være glas eller en fleksibel plastik, og derefter fremstille sammenkoblinger. Rogers fandt ud af, at en celletykkelse på 15 til 20 mikrometer gav en god balance: tynd nok til at være fleksibel, men tyk nok til at være mekanisk stabil og effektiv. Konventionelle solceller bruger et lag silicium, der er 150 til 200 mikrometer tykt.
Arrays af cellerne har en effektivitet på omkring 12 procent. Illinois-forskerne øgede arrayernes effektudgang med omkring to og en halv gange ved at tilføje koncentratorer i form af et lag af cylindriske mikrolinser. De bedste solceller på markedet omdanner mere end 20 procent af det sollys, der falder på dem, til energi.
Dette er en god start på at bruge siliciumwafere mere effektivt, siger Howard Branz , ledende videnskabsmand i gruppen af siliciummaterialer og -enheder ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO. Med deres transfer-print-tilgang, siger Branz, har Rogers og hans gruppe for første gang demonstreret, hvordan sådanne tynde celler kunne fremstilles på store områder.
Fleksible solceller fremstillet af en anden form for silicium, kaldet amorft silicium, har fundet en plads i nicheapplikationer, hvor lav vægt er kritisk. Disse celler er dog ikke kommet i større brug, fordi de er meget mindre effektive end det krystallinske silicium, der bruges i konventionelle solceller. Der er mange grupper, der arbejder på nye materialer, herunder polymerer til fleksible solceller. Men disse materialer matcher endnu ikke effektiviteten og holdbarheden af silicium, siger Ray Chen , en professor i forskningscentret for mikroelektronik ved University of Texas i Austin. Jeg kan ikke sige, at silicium bliver det det materiale på lang sigt, siger Chen. Men baseret på de data, vi har i øjeblikket, er [monokrystallinsk] silicium et meget robust materiale og har fordelen af pålidelighed og effektivitet.
En stor fordel ved at lave solcelle-arrays ved hjælp af sin transfer-print-proces, siger Rogers, er evnen til at kontrollere afstanden mellem mikrocellerne. Sparsomme arrays af cellerne er semitransparente og kan bruges som tonede, energiproducerende vinduesbelægninger. Rogers håber også, at de tynde solceller vil erstatte konventionelle solceller på tage og andre steder, hvor der allerede findes solceller. Hvis Illinois-teknologien viser sig at være billigere og lettere at transportere og installere end konventionelle celler, kan den fjerne nogle af barriererne for mere udbredt brug af solenergi.
Alligevel er der stadig spørgsmål om effektiviteten af Rogers' solceller. For at være game changers skal disse celler have en effektivitet tættere på 15 procent, siger Branz. Der findes eksisterende metoder til at øge effektiviteten af monokrystallinske siliciumsolceller til mere end 20 procent, siger Rogers, og disse metoder kunne også anvendes på mikrocellerne, selvom forskere fra University of Illinois endnu ikke har fokuseret på at optimere materialets effektivitet.