חידושים במשקל אור, גמישים סולריים Cell Technologies עבור ללבוש

המירוץ לפיתוח מכשירים בעלי עוצמה עצמית באמת הידרדר באופן דרמטי בשנים האחרונות, עם תאים סולאריים קלים וגמישים מתעוררים כטכנולוגיית אבן הפינה.חומרים פוטו-וולטאיים אלה כבר לא מוגבלים ללוחי זכוכית קשיחים; הם יכולים להיות כפופים, התגלגלו, ואפילו מתוחים, פותחים אפשרויות חדשות לשילוב של קציר אנרגיה ישירות לתוך בגדים, כתמים רפואיים, אביזרים יומיומיים.

מה הם תאים סולאריים גמישים?

תאים סולאריים גמישים הם מכשירים פוטו-וולטאיים דקים שיכולים להתאים משטחים מעוקלים או לא סדירים ללא הפסקה.בניגוד לוחות סיליקון גבישיים מסורתיים, אשר הם תאים רזים כבדים, גמישים בנויים על תת-שכבות כגון פלסטיק, סולדת מתכת או בד. תאימות מכנית זו מאפשרת להם להיות מוטבע לתוך טקסטיל, מחוברים תרמילאים, או אפילו על העור של האדם.

תאים אלה בדרך כלל למדוד רק כמה מיקרומטר עובי, מה שהופך אותם פקודות של גודל בהיר יותר מאשר לוחות קונבנציונליים.לדוגמה, תא perovskite גמיש יכול לשקול פחות מ 10 גרם למטר רבוע, בהשוואה ל 15-20 ק"ג למטר רבוע עבור מודול זכוכית סטנדרטי.

חידושים טכנולוגיים אחרונים

המחקר לתוך תאים סולאריים גמישים התגבר, עם מעבדות ברחבי העולם להשיג רשומות חדשות ביעילות, עמידות, ומיומנות.התתת-המדת הבאה מפרטת את ההתקדמות המבטיחה ביותר.

תאים סולאריים מבוססי Perovskite

חומרים Perovskite הפכו לנקודת מוקד בגלל ספיגה לאור יוצאת דופן שלהם וההפצה פשוטה.בצורה גמישה, תאים סולאריים perovskite הגיעו יעילות ההמרה כוח מעל 20%, יריבו רבים עמיתים קשיחים מדענים ב-FLT:0 לאומי Renewable Energy Laboratory (NREL)FLT:1 הוכיחו מודולים חד-משמעיים כי לשמור 90% של יעילותם הראשונית לאחר 1,000 bendings לאחרונה, 000 מתחומים גדולים של לחות.

חידוש נוסף כרוך בשימוש בפולימרים עצמיים בשכבה perovskite.אם בצורת מיקרו-קracks במהלך הגמישות חוזרת, חומרים אלה יכולים לתקן את הנזק באופן אוטומטי, להאריך את חיי הפעילות של המכשיר באופן משמעותי.זה פותר אחד המכשולים הגדולים ביותר לאימוץ מסחרי של תאים סולאריים גמישים perovskite.

חומרים פוטו-וולטאיים אורגניים

תאים סולאריים אורגניים, עשויים מכבלי פחמן מבוססי למחצה, הם גמישים באופן מהותי וניתן להדפיס באמצעות תהליכים רול-to-roll.התפתחויות האחרונות דחפו את היעילות שלהם מעל 18% עבור מכשירים קטנים-area, החוקרים גם פיתחו פולימרים אורגניים שקופים כדי לראות אור תוך קליטת בטווח הקרוב-infrared. אלה תאים חד- ⁇ למחצה ניתן להשחית מעל פני העין או משקפיים ללא עדשות ראייה, כדי גרימת כוח מתמשך.

אבן דרך בולטת הושגה על ידי צוותים ב-FLT:0 (אוניברסיטת קיימברידג'FLT) 1:1, אשר הפגינו תא סולארי אורגני מכוונת בד שיכול לכפות מנטר כושר תחת אור השמש הישיר והאור הפנימי.

שיפור משמעותי

ננו חומרי גלם כגון גרפן, צינורות פחמן, ו dots קוונטי משמשים לשיפור תחבורה המטען, ספיגה קלה וגמישות מכנית. Graphene אלקטרודות, למשל, להציע התנהגות מעולה תוך להיות כמעט רזה מבחינה אטומית.הם יכולים להחליף תחמוצות שקוף כמו ITO, 16% כי הם גלימה ו נוטה סדק במכשירים גמישים ב-LTF:0Sentials שפותחו מחדש של גרף 1-1.

גישה נוספת משתמשת nanowires עשויים נחושת או תחמוצת אבץ כדי ללכוד אור בתוך שכבת הספוג הדקה, באופן משמעותי להגביר את היעילות ללא עובי גובר. משטחים ננו-מבנים אלה יכולים גם להיות הידרופוביים כדי להדוף אבק ולהזיע, דרישה מעשית עבור לביבשים המשמשים בסביבות פעילות.

יישומים בלבוש

השילוב של תאים סולאריים גמישים לתוך לביבשים עבר מעבר להפגנות מעבדה לאבטיפוסים בעולם האמיתי ומוצרים מסחריים מוקדמים.כאן הם חלק מהיישומים המשפיעים ביותר:

שעונים חכמים ו- Fitness Bands

כמה חברות יש תאי שמש משובצים דק-סרט לתוך פרצופים או להקות.לדוגמה, PEix Pro של Garmin משתמש בסרט סולארי מבוסס אבקה שקוף המרחיב את חיי הסוללה עד 30% בתנאים חיצוניים.הדור האחרון משתמש תא סולארי גמיש, מעוטף שמש כי חיובים אפילו באור נמוך. תאים אלה הם בלתי נראים במהלך שימוש רגיל, שמירה על האסתטיקה של השעון העתידי יכול לחסל את הצורך עבור משתמשים מחוננים לחלוטין עם חשיפה יומית נאותה.

בגדים חכמים וטקסטיל

טקסטיל פוטו-וולטאי הם אולי היישום השאפתני ביותר.מהנדסים ארגזו סיבים סולאריים גמישים ישירות לתוך מעילים, תרמילים ואפילו נעליים. הסיבים עשויים חוט נחושת דק המצופה עם שכבת perovskite photoactive ו אלקטרודה שקוף.כל סיבי הוא רק כמה מאות מטרים בקוטר, אך יכול לייצר עד 10 מ"מ לסנטימטרים.

דוגמה מעשית אחת היא "הג'קט הזחל" שפותח על ידי ה-FLT:0 (Kaiser Research GroupsBuildFLT:1, הכולל לוחות סולאריים גמישים מעופורים לתוך הכתפיים.הפאנלים הם עמידים למים וניתן לשטיפת מכונה, תוך התייחסות לחששות העמידות הנפוצות.בבדיקות שדה, יום שלם של סקי המיוצר מספיק אנרגיה כדי כוח קבוע למצלמה של GoPro.

מעקב אחר פאשי

לביבשים רפואיים הם התאמה טבעית לתאי השמש הגמישים, משום שהם לעתים קרובות צריכים לפעול במשך ימים או שבועות ללא החלפת סוללות. חיישנים מסוג פטצ'י עבור ניטור גלוקוז מתמשך, קצב לב, או ECG יכול כעת לשלב תא סולארי דק וגמיש על השכבה העליונה שלהם.תא זה הופך אור מחלחל לחשמל אשר מאלץ את החיישן ומעביר נתונים אלחוטיים: מחקר שפורסם ב-LTF:0 אלקטרוניקה הוכיחה דרך תאים מקודמים של תאים מקודמים, אשר ניתן לתאים מקודמים, אשר ניתן למחזור אור בהיר מוחלף באמצעות חשמל, ללא תחליף, ללא תחליף עור בהיר מוחלף, אשר מאפשר, אשר מאפשר, ללא תחליף מוחלף באמצעות תאים סולאריים.

כתמים אלה יכולים גם לאחסן עודף אנרגיה ב supercapacitor קטן משולב, מתן כוח במהלך השינה או כאשר מכוסה על ידי בגדים.הרכבה כולה היא פחות מ 2 מ"מ עבה ותואמים את קווי הגוף ללא תנועה מעצורים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות מרשימה, כמה מהמכשולים טכניים ומסחריים נותרו לפני שתאים סולאריים גמישים הופכים לסטנדרטיים בלבושות.

יציבות לטווח ארוך

Perovskites וחומרים אורגניים הם רגישים לשמצה חמצן ולחות. בעוד טכניקות capsulation השתפרו, הם מוסיפים עלות ומורכבות. תאים גמישים גם להתמודד עם מתח מכני החל ממתח חוזר, כביסה וחשיפה לזיעה. הדור הנוכחי תאים אורגניים בדרך כלל לאבד 20-30% של יעילותם לאחר 1,000 שעות של שימוש בחוץ. חוקרים הם חקרו סרטים מחסום שנעשו משכבות אטומיות וגמפלקסים כדי להאריך את החיים כדי להתאים (2 שנים).

ייצור סקאלה

הדפסה רול-טו-גלגל היא שיטת ייצור זולה מבטיחה, אך התשואות נשארות נמוכות יותר מאשר עבור תאים סיליקון קשיחים. Defect סובלנות substrates גמישה היא מאתגרת יותר, וביצועים עקביים על פני מודולים גדולים עדיין ממוטבים.חברות כמו FLT:0Oxford PVFLT:1 ו-FLT:2 HeliacioFLT:3 נעשות ב-Tert-Tert-Tert-upal-upal-upal, אך עדיין דורשות של יחידות בקרה קונבנציונאליות גבוהה יותר מ-DVal-D.

בטיחות ונוחות

עבור לבישים, תא השמש חייב לא לגרום לגירוי בעור, חימום יתר, או אי נוחות. perovskites מבוסס מוביל להעלות חששות רעילות, למרות חלופות ללא מוביל (מבוסס על קטין או דו-תמוט מבוסס) מפותחות עם יעילות דומה.בנוסף, התאים חייבים להישאר מעודכנים עבור שילוב טקסטיל, וכל הרכיבים האלקטרוניים חייבים להיות מהססים למנוע מעגלים קצרים של הזיעה או גשם.

כיוונים עתידיים

במבט קדימה, המיקוד ישתנה לתאי גמישים רב-צומת שיכולים לקצור אור על פני כל הספקטרום הסולארי, פוטנציאל להשיג יעילות מעל 30%.כיוון מרגש נוסף הוא פיתוח של קצירים "היברידיים" המשלבים תאים סולאריים גמישים עם רכיבים אדזואלקטריים או תרמואלקטריים כדי ללכוד אנרגיה מתנועת גוף וחום.

ההתקדמות בתאי השמש שקופה וכמעט בלתי-אפשרית תאפשר לשימושם במשקפיים מציאות מוגברת, מכשירי שמיעה ותכשיטים חכמים.המטרה הסופית היא להפוך את האנרגיה לקציר תכונה פסיבית ובלתי נראית של פריטים יומיומיים, כך שהמשתמש לעולם לא חושב על טעינה שוב.

ככל שהטכנולוגיה מתבגרת, שיתוף פעולה בין מדענים חומריים, מהנדסי טקסטיל ומעצבי מוצר יהיה קריטי בעשור הבא, סביר להניח שתאים סולאריים גמישים יהפכו נפוצים ב- apparel כפי ש- zippers הם היום, בשקט המאפשרים למכשירים לרוץ יותר, קטן יותר, ובאופן קבוע יותר.