Створено сонячний елемент, вагу якого здатна витримати мильна бульбашка

Вчені з Массачусетського технологічного інституту створили найлегшу у світі сонячну батарею, достатньо тонку, щоб використовувати її на папері або одязі.

За останнє десятиліття сонячна енергія здобула шалену популярність, щорічно збільшуючи свою присутність на ринку приблизно на 40%. Наразі її обсяги складають близько 1% від загального світового енергоспоживання.

Але технологія досі дорога. Хоча самі сонячні батареї подешевшали, вартість установки залишається високою — до 80% від вартості введення в експлуатацію сонячних панелей припадає на монтаж, який включає в себе закріплення важких панелей на похилих поверхнях, таких як дахи будинків.

Професор Владимир Буловіч і його колеги з Массачусетського технологічного інституту Джоел Жан і Енні Ван зацікавились вирішенням проблеми високої вартості установки та інших проблем, коли почали працювати над створенням надлегких сонячних батарей.

«Якщо можна було б зробити [сонячний елемент] дуже легким, в принципі, можна було б зробити дуже велику сонячну батарею з тим, щоб розгорнути її на чиємусь даху або в полі, — говорить Буловіч. — Тоді установка має спроститись до прикріплення розгорнутої панелі до даху за допомогою звичайного степлера».

Буловіч і його команда зробили перший крок на шляху до цієї мети. Вони створили настільки легку сонячну батарею, що її може утримувати мильна бульбашка, не лопаючи. Товщина батареї всього 2,3 мкм — це 1/30-1/50 товщини людської волосини. Вона настільки тонка, що теоретично може бути використана практично на будь-якій поверхні, навіть дуже делікатній: повітряні кулі, одяг, папір і шкіра людини.

Секрет надлегких сонячних батарей в заміні важкої основи — матеріалу, як правило скла, на якому формуються шари сонячних елементів — легшою. В результаті вченим довелось працювати над створенням сонячних батарей при кімнатній температурі, оскільки високотемпературний процес, який використовується для створення звичайних сонячних батарей, може пошкодити легші основи.

Матеріалом, на якому зрештою було вирішено зупинитись, став парилен — гнучкий полімер, схожий на харчову плівку, але набагато тонший. Працюючи у вакуумній камері, вчені нанесли на скло шар парилену, потім дуже тонкий шар сонячних елементів, після чого накрили його ще одним шаром парилену. Потім сандвіч із сонячних батарей очистили від скла.

solar_cell_0

Отримана надлегка сонячна батарея може генерувати 6 ват потужності на грам, що приблизно в 400 разів більше, ніж її звичайний аналог. Новий процес детально описаний у журналі Organic Electronics.

Наступним кроком буде з’ясувати, як виготовляти надлегкі сонячні батареї у більших кількостях. Метод, який використовується для нанесення матеріалу сонячних елементів на основу, наразі досить повільний, і його необхідно буде прискорити, щоб ефективно виробляти надлегкі сонячні батареї більших розмірів.

Вченим також потрібно випробувати різні варіанти основи на міцність і довговічність. «Ми повинні довести, що вона стабільно працюватиме протягом декількох років, як цього вимагає портативне використання», — говорить Буловіч.

Надлегкі сонячні батареї можуть бути корисними там, де вага має першорядне значення, наприклад, на космічних апаратах. Вони можуть бути використані для живлення звичайних побутових пристроїв — електронний папір, сенсорні панелі — без збільшення ваги і об’єму. Їх також можна об’єднати з іншою інновацією Буловіча — прозорими сонячними елементами — щоб створити практично невидиме джерело енергії на будь-якій поверхні.

«Наша мета полягає в тому, щоб переосмислити те, чим є сонячна батарея, і те, як можуть бути впроваджені сонячні технології», — говорить Буловіч.

За оцінкою інженера, для того, щоб технологія його команди набула поширення, знадобиться близько десяти років. «Тут не так багато невідомих, — говорить він. — Завдання, які чекають попереду, можна подужати».

Джерело