Учёные начали печатать солнечные батареи из чернил
Новая разработка Массачусетского технологического института (MIT) — сверхлёгкие фотоэлементы на тканевой основе, что упростит их монтаж на любой поверхности. Они весят одну сотую часть от обычных солнечных панелей и вырабатывают в 18 раз больше энергии из расчёта на килограмм массы. Новые фотоэлементы распечатывают из полупроводниковых чернил. В будущем технологию можно будет масштабировать для фабричного производства.
Такие фотоэлементы можно наносить на множество поверхностей. Например, встроить в паруса, чтобы обеспечить судно электроэнергией во время плавания. Можно прикрепить к палаткам и брезентам, которые используют при ликвидации последствий стихии. Или нанести на крылья беспилотных летательных аппаратов, чтобы увеличить дальность полётов.
Исследование о новых фотоэлементах опубликовали в журнале Small Methods. Старший соавтор — Владимир Булович, заведующий кафедрой Фариборза Мази по новым технологиям, руководитель Лаборатории органической и наноструктурной электроники (ONE Lab), директор подразделений MIT.nano. Его коллеги — Маюран Сараванапаванантам, аспирант по электротехнике и информатике MIT, и Джеремая Мваура, научный сотрудник Исследовательской лаборатории электроники MIT.
— Владимир Булович, завкафедрой MIT по новым технологиям.
Традиционные кремниевые фотоэлементы хрупкие, поэтому их необходимо заключать в стекло и упаковывать в алюминиевую раму, что из-за состава изделий и их веса ограничивает количество мест и способов применения. Шесть лет назад команда ONE Lab создала иные фотоэлементы, используя новый класс тонкоплёночных материалов. Но те, прежние, ультратонкие элементы из-за сложных вакуумных процессов получились слишком дорогими для массового применения. В новой работе учёные нацелились на разработку фотоэлементов, которые можно печатать из чернил и затем масштабировать технологию их производства.
Для выпуска солнечных элементов используются наноматериалы. В так называемом чистом помещении MIT.nano ими покрывают с помощью щелевой головки основу солнечного элемента. Слои ложатся на подготовленную съёмную подложку толщиной 3 микрона. Затем используют трафаретную печать, тот же метод, каким получают принты на футболках. То есть путём «шелкографии» на изделие наносят электрический проводник. Затем исследователи снимают напечатанный модуль толщиной около 15 микрон с пластиковой подложки, и в их руках — сверхлёгкий фотоэлемент.
Чтобы решить проблему прочности, команда MIT искала лёгкую, гибкую и износостойкую подложку для крепления к ней фотоэлементов. И выбрали сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), который весит всего 13 граммов на квадратный метр. Этот материал известен в мире под торговой маркой Dyneema. Волокна из него настолько прочны, что канатами их них поднимали затонувший круизный лайнер «Коста Конкордия» со дна Средиземного моря.
Итак, используя слой отверждаемого ульрафиолетом клея толщиной в несколько микрон, учёные приклеивают солнечные модули к листам СВМПЭ. Так получается сверхлёгкая и прочная солнечная батарея.
Протестировав изделие, исследователи MIT обнаружили, что оно может генерировать 730 Вт энергии на килограмм в автономном режиме и около 370 Вт на килограмм при использовании высокопрочной ткани Dyneema, что примерно в 18 раз больше энергии на килограмм массы обычных фотоэлектрических элементов.
— Маюран Сараванапаванантам, аспирант по электротехнике и информатике MIT
Что касается долговечности, то даже после свёртывания и разворачивания тканевой солнечной панели более 500 раз, элементы по-прежнему сохраняют более 90% первоначальной способности вырабатывать электроэнергию. Однако их всё равно придётся дополнительно защищать от воздействия окружающей среды: взаимодействие с влагой и кислородом ухудшит производительность.
Джеремая Мваура, один из исследователей, признал, что защите изобретения толстым стеклом сведёт к минимуму ценность инновации. Так что теперь их команда разрабатывает ультратонкие упаковочные решения, которые лишь незначительно увеличат вес сверхлёгких устройств.
Такие фотоэлементы можно наносить на множество поверхностей. Например, встроить в паруса, чтобы обеспечить судно электроэнергией во время плавания. Можно прикрепить к палаткам и брезентам, которые используют при ликвидации последствий стихии. Или нанести на крылья беспилотных летательных аппаратов, чтобы увеличить дальность полётов.
Исследование о новых фотоэлементах опубликовали в журнале Small Methods. Старший соавтор — Владимир Булович, заведующий кафедрой Фариборза Мази по новым технологиям, руководитель Лаборатории органической и наноструктурной электроники (ONE Lab), директор подразделений MIT.nano. Его коллеги — Маюран Сараванапаванантам, аспирант по электротехнике и информатике MIT, и Джеремая Мваура, научный сотрудник Исследовательской лаборатории электроники MIT.
Мы стремимся ускорить внедрение солнечной энергии, учитывая нынешнюю острую необходимость в новых безуглеродных источниках
— Владимир Булович, завкафедрой MIT по новым технологиям.
Традиционные кремниевые фотоэлементы хрупкие, поэтому их необходимо заключать в стекло и упаковывать в алюминиевую раму, что из-за состава изделий и их веса ограничивает количество мест и способов применения. Шесть лет назад команда ONE Lab создала иные фотоэлементы, используя новый класс тонкоплёночных материалов. Но те, прежние, ультратонкие элементы из-за сложных вакуумных процессов получились слишком дорогими для массового применения. В новой работе учёные нацелились на разработку фотоэлементов, которые можно печатать из чернил и затем масштабировать технологию их производства.
Для выпуска солнечных элементов используются наноматериалы. В так называемом чистом помещении MIT.nano ими покрывают с помощью щелевой головки основу солнечного элемента. Слои ложатся на подготовленную съёмную подложку толщиной 3 микрона. Затем используют трафаретную печать, тот же метод, каким получают принты на футболках. То есть путём «шелкографии» на изделие наносят электрический проводник. Затем исследователи снимают напечатанный модуль толщиной около 15 микрон с пластиковой подложки, и в их руках — сверхлёгкий фотоэлемент.
Чтобы решить проблему прочности, команда MIT искала лёгкую, гибкую и износостойкую подложку для крепления к ней фотоэлементов. И выбрали сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), который весит всего 13 граммов на квадратный метр. Этот материал известен в мире под торговой маркой Dyneema. Волокна из него настолько прочны, что канатами их них поднимали затонувший круизный лайнер «Коста Конкордия» со дна Средиземного моря.
Итак, используя слой отверждаемого ульрафиолетом клея толщиной в несколько микрон, учёные приклеивают солнечные модули к листам СВМПЭ. Так получается сверхлёгкая и прочная солнечная батарея.
Протестировав изделие, исследователи MIT обнаружили, что оно может генерировать 730 Вт энергии на килограмм в автономном режиме и около 370 Вт на килограмм при использовании высокопрочной ткани Dyneema, что примерно в 18 раз больше энергии на килограмм массы обычных фотоэлектрических элементов.
Типичная солнечная установка на крыше в MIT выдаёт около 8000 Вт. Наши тканевые фотоэлектрические элементы нагрузят крышу дома всего на 20 килограммов, чтобы сгенерировать такое же количество энергии
— Маюран Сараванапаванантам, аспирант по электротехнике и информатике MIT
Что касается долговечности, то даже после свёртывания и разворачивания тканевой солнечной панели более 500 раз, элементы по-прежнему сохраняют более 90% первоначальной способности вырабатывать электроэнергию. Однако их всё равно придётся дополнительно защищать от воздействия окружающей среды: взаимодействие с влагой и кислородом ухудшит производительность.
Джеремая Мваура, один из исследователей, признал, что защите изобретения толстым стеклом сведёт к минимуму ценность инновации. Так что теперь их команда разрабатывает ультратонкие упаковочные решения, которые лишь незначительно увеличат вес сверхлёгких устройств.
- Дмитрий Ладыгин
- youtu.be/TS9ADU0oc50
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Капитан «обреченной экспедиции» был съеден собственным экипажем
Темные факты, хранившиеся почти два века в тайне, начинают постепенно раскрываться....
Ученые рассказали, что на самом деле означают сны
Похоже, что сонники нас обманывали....
Илон Маск снова в центре крупного скандала
Новые спутники Starlink вызывают ярость у астрономов....
Гладиаторы сражались насмерть. Или нет?
Ответ оказался крайне неоднозначным....
По новой теории человеческое сознание находится сразу во многих скрытых измерениях
Это кажется дичью, но американский физик уверяет, что нашел доказательства....
Самому одинокому в мире дереву из тысячелетней косточки исполнилось 14 лет
Лекарственное дерево вырастили из древнего семени, найденного в пещере....
Новая тайна озера Мичиган: на дне найдены десятки гигантских кратеров
Как они появились и что от них ждать, ученые пока не знают....
Слепить автомобиль: вязкость нового конструкционного клея в 22 раза превзошла эпоксидку
Новое вещество с добавкой резины сделает транспорт легче и экономичнее....
Эффективность максимальна: паучьи клыки оказались необычайно мощными резаками
Анатомия пауков прокладывает путь для новых режущих инструментов....
Авиакомпании будут замедлять скорость самолетов
Это делается во благо всех людей, но вот получится ли?...
Волки-убийцы терроризируют индийский штат Уттар-Прадеш
Почему хищники открыли охоту на детей?...
Кровавая тайна разгадана спустя полвека
Некоторые люди теперь могут вздохнуть с облегчением....
Мамонты возвращаются! Первые особи появятся уже через четыре года
Что нас ждет: возрождение древних гигантов или экологическая катастрофа?...
Возле светловолосых мумий из китайской пустыни нашли кефирный сыр возрастом 3600 лет
Исследованы геномы молочнокислых бактерий бронзового века....
Голубое пятно в мозге оказалось порталом в мир грёз
Учёные открыли секрет сновидений и их связи с заболеваниями....
Новое понимание эволюции зауроподов: в Индии рассмотрели хвостовые булавы
Но зачем они были нужны длинношеим гигантам — загадка....