Η ηλιακή ενέργεια αυξάνεται άγρια σε δημοτικότητα την τελευταία δεκαετία περίπου, αυξάνοντας την επικράτηση κατά περίπου 40% κάθε χρόνο. Αυτή τη στιγμή αντιπροσωπεύει περίπου το 1% των συνολικών ενεργειακών δαπανών του κόσμου.
σχετικό περιεχόμενο
- Χρησιμοποιώντας το Kirigami, την ιαπωνική τέχνη της κοπής χαρτιού, για τη δημιουργία καλύτερων ηλιακών πάνελ
Αλλά η τεχνολογία είναι ακόμα ακριβή. Ακόμη και αν οι ίδιοι οι ηλιακοί συλλέκτες έχουν μειωθεί στην τιμή, το κόστος εγκατάστασης παραμένει υψηλό - έως και 80% του κόστους της παραγωγής ηλιακών συλλεκτών προέρχεται από την ίδια την εγκατάσταση, η οποία περιλαμβάνει τη στερέωση βαρέων πάνελ σε συχνά κεκλιμένες επιφάνειες όπως στέγες.
Ο καθηγητής Vladimir Bulović και οι συνεργάτες του στο MIT, Joel Jean και Annie Wang, ενδιαφέρονταν να ασχοληθούν με αυτό το υψηλό κόστος εγκατάστασης και άλλα προβλήματα όταν αποφάσισαν να κατασκευάσουν ένα υπερ-φως ηλιακό κύτταρο.
"Εάν κάποιος μπορεί να κάνει ένα [ηλιακό κύτταρο] πολύ ελαφρύ, κατ 'αρχήν θα μπορούσε κανείς να φτιάξει ένα πολύ μεγάλο ηλιακό κύτταρο το οποίο θα μπορούσε να ξετυλιχθεί στην στέγη κάποιας ή σε ένα πεδίο", λέει ο Bulović. "Στη συνέχεια, η εγκατάσταση μπορεί να είναι τόσο απλή όσο η συρραφή του ξετυλιγμένου πάνελ στην οροφή".
Ο Μπουλόβιτς και η ομάδα του έχουν κάνει το πρώτο βήμα προς αυτόν τον στόχο. Δημιούργησαν ένα ηλιακό στοιχείο τόσο ελαφρύ που μπορεί κυριολεκτικά να κάθεται επάνω σε μια φούσκα σαπουνιού χωρίς να το σκάσει. Είναι πάχους μόνο 2, 3 μικρομέτρων, ή το 1 / 30ο έως το 1 / 50ο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. Είναι τόσο λεπτό που θα μπορούσε θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί σε σχεδόν οποιαδήποτε επιφάνεια, ακόμα και εξαιρετικά λεπτή - μπαλόνια, ρούχα, χαρτί και ανθρώπινο δέρμα.
Η ομάδα γνώριζε ότι το κλειδί για την υπεριώδη ηλιακή κυψέλη θα αντικαταστήσει ένα βαρύ υπόστρωμα - το υλικό, συνήθως γυαλί, πάνω στο οποίο σχηματίζονται τα στρώματα των ηλιακών κυττάρων - με ένα ελαφρύτερο. Θα χρειαστεί επίσης να χρησιμοποιήσουν μια διαδικασία θερμοκρασίας χώρου για τη δημιουργία των ηλιακών κυψελών, καθώς η διαδικασία υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία συμβατικών ηλιακών κυψελών θα μπορούσε να λιώσει ή να καταστρέψει τα ελαφρύτερα υποστρώματα.
Το υλικό που τελικά η ομάδα εγκατέστησε για χάρη της απόδειξης της έννοιας ήταν το parylene, ένα εύκαμπτο πολυμερές παρόμοιο με, αλλά πολύ λεπτότερο, από το wrap Saran. Εργαζόμενοι πάνω σε μια πλάκα από γυαλί, εναποθέτουν ένα πολύ λεπτό στρώμα υλικού ηλιακού κυττάρου στην κορυφή του συμπολυμερούς σε ένα θάλαμο κενού και έπειτα το σφραγίζουν με ένα άλλο στρώμα παριλένιου. Έπειτα ξεφλούδισαν το σάντουιτς των ηλιακών κυψελών από το γυαλί.
Το προκύπτον εξαιρετικά ελαφρύ ηλιακό στοιχείο μπορεί να παράγει 6 watts ισχύος ανά γραμμάριο, περίπου 400 φορές μεγαλύτερο από το συμβατικό του αντίστοιχο. Η νέα διαδικασία αναλύεται λεπτομερώς στο περιοδικό Organic Electronics.
Το επόμενο βήμα θα είναι να καταλάβουμε πώς να κατασκευάζουμε τα υπερευαίσθητα ηλιακά κύτταρα σε μεγαλύτερες ποσότητες. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για την απόθεση του υλικού ηλιακού κυττάρου στο υπόστρωμα είναι προς το παρόν αρκετά αργή και θα πρέπει να επισπευσθεί για να παράγει αποτελεσματικά μεγαλύτερα ηλιακά κύτταρα υπερύθρων. Η ομάδα θα χρειαστεί επίσης να δοκιμάσει οδούς διαφορετικά υποστρώματα για αντοχή και ανθεκτικότητα.
"Πρέπει να αποδείξουμε ότι μπορεί να λειτουργήσει σταθερά για λίγα χρόνια, όπως απαιτείται για φορητές εφαρμογές", λέει ο Bulović.
Τα υπέρυθρα ηλιακά κύτταρα θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα σε περιοχές όπου το βάρος είναι υψίστης σημασίας, όπως σε διαστημικά λεωφορεία. Θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία συνηθισμένων οικιακών συσκευών - ηλεκτρονικού χαρτιού αφής, touchpads, αισθητήρων - χωρίς προσθήκη βάρους και όγκου. Θα μπορούσαν επίσης να συνδυαστούν με μια άλλη καινοτομία του Bulović - διαφανή ηλιακά κύτταρα - για να δημιουργήσουν μια σχεδόν αόρατη πηγή ενέργειας σε σχεδόν οποιαδήποτε επιφάνεια.
"Ο στόχος μας είναι να ξανασχεδιάσουμε τι είναι ένα ηλιακό στοιχείο και να ξανασχεδιάσουμε τι μπορεί να αναπτυχθεί η ηλιακή τεχνολογία", λέει ο Bulović.
Ο μηχανικός εκτιμά ότι θα διαρκέσει περίπου μια δεκαετία πριν η τεχνολογία της ομάδας του γίνει mainstream.
"Για να πάμε από αυτή τη δομή σε μια μεγαλύτερη, μπορούμε σίγουρα να οραματιζόμαστε τι θα χρειαστεί για να φτάσουμε εκεί", λέει. "Δεν υπάρχει σημαντικός αριθμός άγνωστων. Τα μελλοντικά καθήκοντα πρέπει να κατακτηθούν. "
