Pin mặt trời mỏng như tờ giấy có thể biến mọi bề mặt thành nguồn điện

Pin mặt trời mỏng như tờ giấy có thể biến mọi bề mặt thành nguồn điện

    Pin mặt trời mỏng như tờ giấy có thể biến mọi bề mặt thành nguồn điện
    bởi Adam Zewe, Học viện Công nghệ Massachusetts

    Paper-thin solar cell can turn any surface into a power source
    Các nhà nghiên cứu của MIT đã phát triển một kỹ thuật chế tạo có thể mở rộng để tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời siêu mỏng, nhẹ có thể dính vào bất kỳ bề mặt nào. Ảnh: Melanie Gonick, MIT


    Các kỹ sư của MIT đã phát triển các tế bào năng lượng mặt trời bằng vải siêu nhẹ có thể nhanh chóng và dễ dàng biến bất kỳ bề mặt nào thành nguồn năng lượng.

    Những pin mặt trời dẻo, bền này, mỏng hơn nhiều so với sợi tóc người, được dán vào một loại vải chắc chắn, nhẹ, giúp chúng dễ dàng lắp đặt trên một bề mặt cố định. Chúng có thể cung cấp năng lượng khi đang di chuyển dưới dạng vải năng lượng có thể đeo được hoặc được vận chuyển và triển khai nhanh chóng ở những địa điểm xa xôi để được hỗ trợ trong trường hợp khẩn cấp. Chúng có trọng lượng bằng 1/100 so với các tấm pin mặt trời thông thường, tạo ra năng lượng trên mỗi kg cao gấp 18 lần và được làm từ mực bán dẫn sử dụng các quy trình in có thể được mở rộng quy mô trong tương lai để sản xuất trên diện rộng.

    Vì chúng rất mỏng và nhẹ nên những pin mặt trời này có thể được dát mỏng lên nhiều bề mặt khác nhau. Chẳng hạn, chúng có thể được tích hợp vào cánh buồm của một chiếc thuyền để cung cấp năng lượng khi ở trên biển, gắn vào lều và tấm bạt được triển khai trong các hoạt động khắc phục thảm họa hoặc gắn vào cánh của máy bay không người lái để mở rộng phạm vi bay của chúng. Công nghệ năng lượng mặt trời nhẹ này có thể dễ dàng tích hợp vào các môi trường xây dựng với nhu cầu lắp đặt tối thiểu.

    "Các số liệu được sử dụng để đánh giá công nghệ pin mặt trời mới thường bị giới hạn ở hiệu suất chuyển đổi năng lượng và chi phí tính bằng đô la trên mỗi watt. Điều quan trọng không kém là khả năng tích hợp—sự dễ dàng mà công nghệ mới có thể được điều chỉnh. Các loại vải năng lượng mặt trời nhẹ cho phép khả năng tích hợp, cung cấp động lực cho công việc hiện tại. Chúng tôi cố gắng đẩy nhanh việc sử dụng năng lượng mặt trời, do nhu cầu cấp thiết hiện nay là triển khai các nguồn năng lượng mới không có carbon," Vladimir Bulović, Chủ tịch Fariborz Maseeh về Công nghệ mới nổi, lãnh đạo của Tổ chức Hữu cơ và Phòng thí nghiệm điện tử cấu trúc nano (ONE Lab), giám đốc của MIT.nano, và là tác giả cấp cao của một bài báo mới mô tả công trình.

    Tham gia cùng Bulović trong bài báo là đồng tác giả chính Mayuran Saravanapavanantham, một sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại MIT; và Jeremiah Mwaura, một nhà khoa học nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử của MIT. Nghiên cứu được công bố ngày hôm nay trên Small Methods.

    Giảm năng lượng mặt trời

    Pin mặt trời silicon truyền thống rất dễ vỡ, vì vậy chúng phải được bọc trong thủy tinh và đóng gói trong khung nhôm dày, nặng, điều này hạn chế vị trí và cách thức chúng có thể được triển khai.

    Sáu năm trước, nhóm ONE Lab đã sản xuất pin mặt trời bằng cách sử dụng một loại vật liệu màng mỏng mới nổi có trọng lượng nhẹ đến mức có thể đặt trên bong bóng xà phòng. Nhưng những pin mặt trời siêu mỏng này được chế tạo bằng các quy trình phức tạp, dựa trên chân không, có thể tốn kém và khó mở rộng quy mô.

    Trong nghiên cứu này, họ bắt đầu phát triển pin mặt trời màng mỏng hoàn toàn có thể in được, sử dụng vật liệu dựa trên mực và kỹ thuật chế tạo có thể mở rộng.

    Để sản xuất pin mặt trời, họ sử dụng vật liệu nano ở dạng mực điện tử có thể in được. Làm việc trong phòng sạch MIT.nano, họ phủ lên cấu trúc pin mặt trời bằng cách sử dụng máy phủ khuôn có rãnh, lớp này sẽ phủ các lớp vật liệu điện tử lên một chất nền đã chuẩn bị sẵn, có thể tháo rời chỉ dày 3 micron. Sử dụng kỹ thuật in lụa (một kỹ thuật tương tự như cách các thiết kế được thêm vào áo phông in lụa), một điện cực được đặt trên cấu trúc để hoàn thiện mô-đun năng lượng mặt trời.

    Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể tách mô-đun in có độ dày khoảng 15 micron ra khỏi đế nhựa, tạo thành một thiết bị năng lượng mặt trời siêu nhẹ.

    Nhưng các mô-đun năng lượng mặt trời mỏng, độc lập như vậy rất khó xử lý và có thể dễ dàng bị rách, điều này sẽ khiến chúng khó triển khai. Để giải quyết thách thức này, nhóm MIT đã tìm kiếm một chất nền nhẹ, linh hoạt và có độ bền cao mà họ có thể gắn các pin mặt trời vào. Họ đã xác định các loại vải là giải pháp tối ưu vì chúng mang lại khả năng đàn hồi cơ học và tính linh hoạt với ít trọng lượng tăng thêm.

    Họ đã tìm thấy một loại vật liệu lý tưởng—một loại vải tổng hợp chỉ nặng 13 gram trên một mét vuông, được biết đến với tên thương mại là Dyneema. Loại vải này được làm từ những sợi bền đến mức chúng được sử dụng làm dây thừng để nâng con tàu du lịch bị chìm Costa Concordia lên khỏi đáy biển Địa Trung Hải. Bằng cách thêm một lớp keo có thể chữa khỏi bằng tia cực tím, chỉ dày vài micron, họ sẽ dán các mô-đun năng lượng mặt trời vào các tấm vải này. Điều này tạo thành một cấu trúc năng lượng mặt trời siêu nhẹ và chắc chắn về mặt cơ học.

    "Mặc dù có vẻ đơn giản hơn nếu chỉ in pin mặt trời trực tiếp trên vải, nhưng điều này sẽ hạn chế việc lựa chọn các loại vải có thể hoặc các bề mặt tiếp nhận khác đối với những loại tương thích về mặt hóa học và nhiệt với tất cả các bước xử lý cần thiết để chế tạo thiết bị. Chúng tôi Saravanapavanantham giải thích.

    Tế bào quang điện outshing thông thường 

    Khi họ thử nghiệm thiết bị này, các nhà nghiên cứu của MIT đã phát hiện ra rằng nó có thể tạo ra 730 watt điện trên mỗi kg khi đứng tự do và khoảng 370 watt trên mỗi kg nếu được triển khai trên vải Dyneema có độ bền cao, tức là công suất trên mỗi kg cao hơn khoảng 18 lần. hơn so với pin mặt trời thông thường.

    Ông nói: "Một hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà điển hình ở Massachusetts là khoảng 8.000 watt. Để tạo ra cùng một lượng điện năng đó, quang điện dạng vải của chúng tôi sẽ chỉ thêm khoảng 20 kg (44 pound) vào mái nhà".

    Họ cũng kiểm tra độ bền của thiết bị và nhận thấy rằng, ngay cả sau khi cuộn và mở tấm pin mặt trời bằng vải hơn 500 lần, các tế bào vẫn giữ được hơn 90% khả năng phát điện ban đầu.

    Mặc dù pin mặt trời của chúng nhẹ hơn và linh hoạt hơn nhiều so với pin truyền thống, nhưng chúng sẽ cần được bọc trong một vật liệu khác để bảo vệ chúng khỏi môi trường. Vật liệu hữu cơ dựa trên carbon được sử dụng để tạo ra các tế bào có thể được sửa đổi bằng cách tương tác với độ ẩm và oxy trong không khí, điều này có thể làm giảm hiệu suất của chúng.

    "Việc bọc các tế bào năng lượng mặt trời này trong thủy tinh nặng, theo tiêu chuẩn với các tế bào năng lượng mặt trời silicon truyền thống, sẽ giảm thiểu giá trị của tiến bộ hiện tại, vì vậy, nhóm hiện đang phát triển các giải pháp đóng gói siêu mỏng sẽ chỉ làm tăng một chút trọng lượng của các thiết bị siêu nhẹ hiện tại, " Mwaura nói.

    "Chúng tôi đang làm việc để loại bỏ càng nhiều vật liệu không hoạt động với năng lượng mặt trời càng tốt trong khi vẫn giữ được yếu tố hình thức và hiệu suất của các cấu trúc năng lượng mặt trời siêu nhẹ và linh hoạt này. Ví dụ: chúng tôi biết quy trình sản xuất có thể được hợp lý hóa hơn nữa bằng cách in bản tin có thể phát hành được chất nền, tương đương với quy trình chúng tôi sử dụng để chế tạo các lớp khác trong thiết bị của mình. Điều này sẽ đẩy nhanh quá trình dịch công nghệ này ra thị trường," ông nói thêm.

    Zalo
    Hotline