Гибкие солнечные батареи наконец-то появились! На этот раз их разработали китайские ученые. Они тонкие, как бумага, и могут складываться тысячи раз.
До этого был известный неудачник в области тонкопленочной солнечной энергетики — Hanergy. Кроме того, компания Shangmai New Energy, в которую инвестировал доктор Ши Чжэньгун, крестный отец китайской фотоэлектрической промышленности, также занимается исследованиями в этой области.
На выставке SNEC в этом году компания Zeoluff также заметила, что на выставке Daycare Photovoltaics были представлены гибкие легкие модули, что было весьма удивительно.
Современная фотоэлектрическая промышленность несколько неспокойна, но в области научных исследований фотоэлектричества все довольно спокойно. От научных достижений до индустриализации, безусловно, еще далеко, но мы все равно должны похвалить молодых китайских ученых.
Here comes the ultra-thin, flexible solar cell!
Chinese researchers have developed a smooth edge processing technology based on which flexible monocrystalline silicon solar cells are as thin as paper, with a thickness of 60 microns, and can be bent and folded like paper. The relevant research results were published online in the journal Nature on May 24th and were selected as cover articles.
Гибкие модули монокристаллических кремниевых солнечных элементов успешно применяются в таких областях, как околоземные космические аппараты, фотоэлектрическая интеграция зданий и автомобильные фотоэлектрические системы.
Монокристаллические кремниевые солнечные элементы в настоящее время являются самым быстроразвивающимся типом солнечных элементов, обладающих такими преимуществами, как длительный срок службы, полный процесс подготовки и высокая эффективность преобразования. Они являются ведущими продуктами на рынке фотоэлектричества.
В настоящее время монокристаллические кремниевые солнечные элементы в основном используются в распределенных фотоэлектрических станциях и наземных фотоэлектрических станциях. Если их превратить в гибкие солнечные элементы, которые можно сгибать, то они могут широко использоваться в зданиях, рюкзаках, палатках, автомобилях, парусниках и даже самолетах, обеспечивая легкой и чистой энергией дома, различные портативные электронные и коммуникационные устройства, транспортные средства и так далее.
Лю Чжэнсинь, соавтор статьи и научный сотрудник Шанхайского института микросистем Китайской академии наук, говорит, что, поскольку монокристаллический кремний — это высокочистый кремниевый материал с очень высокой степенью кристалличности и высокой твердостью, создание гибких солнечных элементов затруднено.
Кремниевые пластины — это хрупкие материалы, которые легко сломать. Люди рвут лист бумаги или ломают что-то, обычно начиная с края, то же самое происходит и с солнечными элементами. Потому что при изготовлении солнечных элементов их поверхность обрабатывается для создания бугристой структуры, которая лучше поглощает солнечный свет и известна как «пирамидальная структура».
На этот раз исследовательская группа нашла ключ к разгадке головоломки.
С помощью высокоскоростных камер они заметили, что разрушение монокристаллических кремниевых солнечных элементов при изгибе всегда начинается с «V»-образной канавки на краю монокристаллической кремниевой пластины, которая также определяется как «механическая короткая пластина» кремния.
После этого открытия исследователи разработали соответствующие методы сглаживания краев, которые предполагают обработку острых «V»-образных канавок в гладкие и шлифовку их в «U»-образные. Технически это называется «обработка симметрии мезоскопических структур», чтобы они не были легко нарушены после обработки.
В журнале Nature говорится, что исследование Лю Вэньчжу и Лю Чжэнсиня «изменило правила».
В статье отмечается, что эта технология пассивации краев позволяет достичь крупномасштабного (>240 см) коммерческого производства, эффективных (>24 %) кремниевых солнечных элементов и может быть свернута как лист бумаги.
После примерно 1000 циклов сгибания батарея может сохранять 100%-ную эффективность преобразования энергии. Будучи собранными в большие (>10000 см2) гибкие модули, эти батареи сохраняют 99,62 % мощности после 120 часов термоциклирования между -70 °С и 85 °С. Кроме того, будучи подключенными к мягким подушкам безопасности, они сохраняют 96,03 % мощности после 20 минут воздействия воздушного потока — мягкие подушки безопасности имитируют ветер во время шторма.
До этого тонкопленочные солнечные элементы из аморфного кремния, Cu (In, Ga) Se2, CdTe, органических соединений и перовскита достигали гибкости, но их применение было ограничено из-за низкой эффективности преобразования энергии. Более того, если взять в качестве примера перовскитовые батареи, то они выделяют в окружающую среду токсичные вещества, а их производительность при больших площадях и нестабильных условиях эксплуатации оставляет желать лучшего.
