Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au creat o nouă generaţie de celule solare ultraușoare, care pot transforma orice suprafață într-o sursă de energie. Panourile solare generează de 18 ori mai multă energie și sunt realizate din cerneluri semiconductoare, folosind procese de imprimare care pot fi extinse în viitor la fabricarea pe suprafețe mari.
Aceste celule solare durabile și flexibile, care sunt mult mai subțiri decât un fir de păr uman, sunt lipite pe o țesătură rezistentă și ușoară, ceea ce le face ușor de instalat pe o suprafață fixă.
Ele pot furniza energie în deplasare ca țesătură de alimentare portabilă sau pot fi transportate și desfășurate rapid în locații îndepărtate pentru asistență în situații de urgență.
Acestea au o sutime din greutatea panourilor solare convenționale.
Deoarece sunt atât de subțiri și ușoare, aceste celule solare pot fi laminate pe numeroase suprafețe diferite. De exemplu, ele ar putea fi integrate pe pânzele unei ambarcațiuni pentru a furniza energie pe mare, lipite pe corturi și prelate care sunt desfășurate în cadrul operațiunilor de recuperare în caz de dezastru sau aplicate pe aripile dronelor pentru a le extinde raza de zbor.
„Parametrii utilizați pentru a evalua o nouă tehnologie de celule solare se limitează, de obicei, la eficiența conversiei energiei și la costul lor în dolari per watt. La fel de importantă este integrabilitatea – ușurința cu care noua tehnologie poate fi adaptată. Țesăturile solare ușoare permit integrabilitatea, oferind impulsul pentru lucrările actuale. Ne străduim să accelerăm adoptarea energiei solare, având în vedere nevoia actuală urgentă de a implementa noi surse de energie fără emisii de carbon”, a declarat Vladimir Bulović, directorul MIT.nano.
Panouri solare mai subţiri
Celulele solare tradiționale din siliciu sunt fragile, așa că trebuie să fie învelite în sticlă și împachetate în rame de aluminiu grele și groase, ceea ce limitează locul și modul în care pot fi implementate.
În urmă cu șase ani, echipa ONE Lab a produs celule solare folosind o clasă emergentă de materiale cu peliculă subțire, care erau atât de ușoare încât puteau fi așezate deasupra unui balon de săpun. Dar aceste celule solare ultra-subțiri au fost fabricate folosind procese complexe, bazate pe vid, care pot fi costisitoare și dificil de extins.
În această lucrare, cercetătorii și-au propus să dezvolte celule solare cu peliculă subțire care sunt complet imprimabile, folosind materiale pe bază de cerneală și tehnici de fabricare scalabile.
Pentru a produce celulele solare, ei folosesc nanomateriale care se prezintă sub forma unor cerneluri electronice imprimabile. Cu ajutorul serigrafiei (o tehnică similară cu modul în care sunt adăugate desenele pe tricourile serigrafiate), un electrod este depus pe structură pentru a finaliza modulul solar.
Cercetătorii pot desprinde apoi modulul imprimat, care are o grosime de aproximativ 15 microni, de pe substratul de plastic, formând un dispozitiv solar ultraușor.
Chinezii captează energie din spațiu. O tehnologie care va scrie istorie
Provocarea cercetătorilor
Astfel de module solare subțiri și independente sunt dificil de manevrat și se pot rupe cu ușurință, ceea ce le-ar face dificil de implementat.
Pentru a rezolva această provocare, echipa MIT a căutat un substrat ușor, flexibil și foarte rezistent pe care să poată lipi celulele solare. Ei au identificat țesăturile ca fiind soluția optimă, deoarece acestea oferă rezistență mecanică și flexibilitate cu o greutate adăugată redusă.
Au găsit un material ideal – o țesătură compozită care cântărește doar 13 grame pe metru pătrat, cunoscută în comerț sub numele de Dyneema.
Această țesătură este alcătuită din fibre atât de rezistente încât au fost folosite ca funii pentru a ridica nava de croazieră scufundată Costa Concordia de pe fundul Mării Mediterane. Adăugând un strat de adeziv rezistent la razele ultraviolete, cu o grosime de doar câțiva microni, ei aderă modulele solare la foile din această țesătură. Astfel se formează o structură solară ultraușoară și robustă din punct de vedere mecanic.
Celule solare mai performante decât cele convenționale
Atunci când au testat dispozitivul, cercetătorii de la MIT au constatat că acesta poate genera 730 de wați de energie pe kilogram atunci când este independent și aproximativ 370 de wați pe kilogram dacă este amplasat pe țesătura Dyneema de înaltă rezistență, ceea ce reprezintă o putere pe kilogram de aproximativ 18 ori mai mare decât celulele solare convenționale.
„O instalație solară tipică pe acoperiș în Massachusetts este de aproximativ 8.000 de wați. Pentru a genera aceeași cantitate de energie, panourile solare din țesătură ar adăuga doar aproximativ 20 de kilograme pe acoperișul unei case”, spune el.
Ei au testat, de asemenea, durabilitatea dispozitivelor lor și au constatat că, chiar și după ce au rulat și derulat un panou solar din țesătură de peste 500 de ori, celulele au păstrat peste 90% din capacitatea lor inițială de generare a energiei.
Deși celulele lor solare sunt mult mai ușoare și mult mai flexibile decât celulele tradiționale, acestea ar trebui să fie învelite într-un alt material pentru a le proteja de mediul înconjurător. Materialul organic pe bază de carbon folosit pentru fabricarea celulelor ar putea fi modificat prin interacțiunea cu umiditatea și oxigenul din aer, ceea ce le-ar putea deteriora performanțele.
„Lucrăm pentru a îndepărta cât mai mult posibil din materialul neactiv solar, păstrând în același timp factorul de formă și performanța acestor structuri solare ultraușoare și flexibile. De exemplu, știm că procesul de fabricație poate fi simplificat și mai mult prin imprimarea substraturilor detașabile, echivalent cu procesul pe care îl folosim pentru fabricarea celorlalte straturi din dispozitivul nostru. Acest lucru ar accelera transpunerea acestei tehnologii pe piață”, a declarat cercetătorul.
Tesla oferă o alternativă la acoperişurile solare, în colaborare cu Panasonic