Печать солнечных батарей — будущее солнечной энергии

Американская компания по производству солнечных батарей "Тритон Солар" (Triton Solar), буквально недавно подписала соглашение на 100 миллионов долларов на открытие фабрики в Индийском штате Карнатака с целью начать производство на месте с августа 2016 года. Компания анонсировала данное решение 14-го декабря, планируя уже в апреле построить объект в штате Мадхья-Прадеш.

Форма солнечной батареи из перовскита

Штаб-квартира "Тритона" находится в Нью-Джерси и компания специализируется на печати солнечных батарей (или элементов) с помощью нанотехнологий и запатентованной техникой печати. Такие батареи могут работать на открытом воздухе и могут производить солнечную энергию от окружающего освещения, без необходимости наличия прямого солнечного света.

На данный момент немногие компании и организации развивают область печати солнечных тонкопленочных батареи, несмотря на громкие заголовки в СМИ два года назад в 2013 году. В этом году, Австралийский Викторианский Органический Консорциум Солнечных Батарей (VICOSC), часть Австралийского Содружества Научных и Промышленных Исследовательских Организаций (CSIRO), продемонстрировал масштабный процесс печати органических солнечных батарей, который позволил провести непрерывную печать гетеропереходных (BHJ) солнечных элементов, используя подложку шириной 30 см.

Несколько демонстрационных модулей были разработаны для оценки. Это были окрашенные сенсибилизированными клетками (DSC) модули, которые могут быть напечатаны на ряде субстратов, в том числе пластике, стекле или стали. Это может потенциально позволить им быть интегрированными во многих направлениях, таких, как смартфоны, планшетные или портативные устройства. Тем не менее, в настоящее время они в 10 раз менее эффективным, чем стандартный кремний.

В марте 2014 года, группа британских ученых из Национальной физической лаборатории (NPL) в Миддлсексе также разработала печатаемые солнечные батареи. Они могут работать на серые дни, когда довольно мало солнечного света. Эти модули доступны и могут использоваться в различных областях применения, например, интеграцию в материале пальто или сумки, где они могут быть использованы для зарядки мобильных устройств.

Еще одна компания участвующая в разработке таких технологий является "Eight19", использующая органические полупроводниковые материалы, которые получены из стандартных, потенциально дешевых, материалов. Эти полупроводники имеют сильную способность поглощения света, около 100 раз сильнее, чем у кремния, и они могут быть получены из раствора в условиях окружающей среды, которые, в свою очередь делают материал ультратонким. Это также означает, что они могут быть распечатаны с помощью непрерывной печати, что очень сильно снижает затраты. Печатные устройства, используемые для достижения этой цели уже доступны. Они могут печатать материал от нескольких десятков до нескольких сотен метров в минуту, и обычно используются для изготовления упаковочных и высоко-качественных покрытий.

Учитывая, что тонко-пленочный материал очень легкий - нет необходимости для, например, укрепления крыши, а возможность печати батарей в различных диапазонах цветов - означает, что они потенциально могут быть гораздо менее навязчивым, чем стандартные кремниевые солнечные батареи. Автомобильная промышленность также становится заинтересованной в печати тонкопленочных солнечных батарей, с целью установки солнечных фотоэлектрических элементов на крышах автомобилей, где они могли бы помочь для зарядки аккумуляторов автомобилей.

Стандартные тонкопленочные солнечные элементы устанавливаются на крыше

Эта технология все еще находится на ранней стадии развития, так что еще пройдет время, прежде чем мы увидим их в коммерческих областях. Тем не менее, прогресс в этой области гонят вперед университеты по всему миру, а также крупные химические компании. Очень часто это требует некой договоренности о партнерстве, так, "Eight19" работает с Кембриджским университетом и различными компаниями, разрабатывающими такие материалы.

История на этом не заканчивается, однако, печатные органические солнечные элементы теперь имеют конкурирующую технологию - солнечные батареи из перовскита , - которые достигли 20 процентов эффективности против 10 процентов.

Перовскит — сравнительно редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция. Эмпирическая формула: CaTiO3.

Перовскит начал привлекать внимание "солнечного" сектора около пяти лет назад. Это материал, который содержит свинец, йод и органический компонент. Когда он был впервые изучен, он смог достичь только 3 процентов эффективности. Но в течение всего пяти лет эта цифра подскочила до 20 процентов, что вдвое больше чем у печатной органической тонкой пленки, упомянутой ранее. По словам Михаила Грацель, солнечного исследователя в Политехнической школе в Лозанне (Швейцария), из издания "Nature Materials", повышение металлического галоидного соединения перовскита в солнечном секторе ошеломил сообщество. Фиона Скоулз, органический фотоэлектрический эксперт в компании CSIRO, в интервью журналу "Cosmos Magazine", описал событие как "без сомнения, самый большой шаг вперед в органических солнечных элементах".

Основываясь на материалах инженера Жинсона Хуана из Университете штата Небраска, - ключ к способности перовскита генерировать электричество является внутренняя структура, которая позволяет электронам легко добраться до электрода в этих напечатанных солнечных элементах. Тем не менее, для того, чтобы эффективно конкурировать с кремнием, - по-прежнему необходимо достичь около 25 процентов эффективности, что вполне может быть возможным в течение следующих пяти лет.

Есть и некоторые минусы у солнечных батарей из перовскита - они чувствительны к влаге, т.к. содержат свинец, и таким образом, становятся источником токсичности, в случае нарушения герметичности. Тем не менее, Хуан считает, что батареи из перовскита могут быть оптимизированы для того, чтобы сделать их более стабильными, а другие исследователи работают над способами замены содержащегося свинца на что-то менее вредное.

Фиона Скоулз считает, что печатные солнечные элементы станут "ключевой частью возобновляемой энергии" в ближайшие годы. Это, конечно, верно, учитывая необходимость сделать что-то с изменением климата декарбонизацией энергоснабжения в мире, так что мы должны исследовать как можно больше возможностей из тех что нам даны.

Печать солнечных батарей становится большой и важной частью в вопросе мировой энергетики.

Фото: David Westmore, Flickr / University of Oxford Press, Flickr

Ардуино+
Больше интересного ↓