211service.com
Origami solceller
En måde at presse mere strøm ud af sollys er at sikre, at det altid rammer et solpanel i den ideelle vinkel. Dette betyder enten at spore solen og manøvrere et panel til at vende mod den, eller at bruge kompleks optik til at omdirigere solens stråler til at ramme panelets overflade ovenfra.
Fold-up silicium: På disse billeder foldes tre tynde film af silicium op i 3D-former under kraften af overfladespænding, når vanddråber placeret i deres centre fordamper. Den øverste række viser det første trin, når vanddråberne er store, og billederne nedenfor viser et tidsforløb, når vanddråberne skrumper.
Forskere ved University of Illinois har nu fundet frem til selvsamlende sfæriske solceller, der er i stand til at fange mere sollys end flade. Formen er en enklere måde at gøre mere brug af solens stråler på, men har været svær at realisere i en solcelle. Disse nye solceller i mikroskala er fremstillet ved hjælp af konventionel litografi kombineret med selvmontering. Hvis de viser sig praktiske, kan enhederne forbindes til store arrays, der har samme effekt som konventionelle celler, men som sparer på materialeomkostningerne ved at bruge mindre silicium.
I stedet for en stor plade af halvledere udstyret med koncentrerende linser og motorer til at flytte den rundt, vil vi lave kompakte celler, der stadig har en betydelig effekt, siger Ralph Nuzzo , professor i kemi ved University of Illinois i Urbana-Champaign.
Buede overflader fanger mere lys end flade, fordi de har et større overfladeareal. Men at lave solceller, der er buede eller sfæriske, er udfordrende, siger Nuzzo, fordi de teknikker, der bruges til at behandle halvledende materialer som silicium, fungerer bedst på flade overflader. Nuzzos gruppe har overvundet dette problem ved at lave mikroskala 3-D strukturer, der samles selv fra flade plader.
Illinois-forskerne starter med at behandle overfladen af en tynd, højkvalitets siliciumwafer og bruge konventionel litografi til at udætse en tynd, todimensionel form. For at lave en kugle skar forskerne siliciumet i en blomsterform. De bruger derefter et klæbemiddel til at fastgøre et lille stykke glas indeni. Glasset hjælper strukturen med at bevare sin form, når den er samlet. Til sidst, da en dråbe vand placeret i midten af blomsterformen fordamper, trækker overfladespændingen dens kronblade op og bringer dem til sidst sammen til en kugle.
Udfordringen i dette er, hvordan får du tingene til at følge den nødvendige rækkefølge af trin for at folde til den ønskede form? siger Nuzzo. Illinois-gruppen kom med matematiske modeller til at hjælpe med at forudsige de mekaniske egenskaber af siliciumplader af forskellige former og tykkelser, samt hvordan de interagerer med vand, som kan indstilles ved kemisk behandling af deres overflader.
Nuzzos gruppe brugte teknikkerne til at lave fungerende mikroskopiske sfæriske solceller, som et bevis på funktionaliteten af det, han kalder materialer origami. Inden siliciumet blev skåret i kronbladsformen, behandlede holdet det for at danne de ledende områder, der får en solcelle til at fungere. Efter at blomsten var foldet sammen til en kugle, blev der tilføjet elektriske kontakter. Gruppen brugte en lignende teknik til også at lave cylindriske mikrosolceller.
Disse enheder konverterer kun omkring 1 procent af det lys, der rammer dem, til elektricitet - et dårligt afkast for en solcelle - men dette er bedre end en plan solcelle lavet ved hjælp af de samme relativt rå teknikker, der bruger den samme mængde silicium. Forskerne siger, at teknikken kan anvendes på andre materialer end silicium og kan bruges til at lave nye former for solceller. Arbejdet er beskrevet online i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Folding er meget tiltalende, fordi du kan lave fantastiske, komplicerede tredimensionelle former, siger George Barbastathis , professor i maskinteknik ved MIT.
Der er andre måder at forbedre solcellernes evne til at fange lys på, såsom antireflekterende belægninger og overfladeteksturering. Den største fordel ved den nye tilgang er, at den kræver mindre materiale, siger Nuzzo. Plane solceller, der kun er et par mikrometer tykke, kan ikke tekstureres - der er simpelthen ikke nok materiale. Og antireflekterende belægninger tilføjer flere produktionsomkostninger og kompleksitet. Selvmontering, håber Nuzzo, kunne tilbyde et alternativ.
Illinois-gruppen vil nu arbejde på at forbedre processen og lave designs, der yderligere forbedrer cellernes lysstyring. Vi ønsker at bringe formfaktorer frem, der er afhængige af højtydende materialer som silicium, men som giver en betydelig økonomi ved at bruge så lidt af disse dyre materialer som muligt, siger Nuzzo.