Cuộc đua phát triển những thiết bị tự vận hành thực sự đã tăng tốc đáng kể trong những năm gần đây, với những pin mặt trời nhẹ nhàng và linh hoạt nổi lên như một công nghệ nền tảng. những vật liệu quang điện này không còn giới hạn trong những tấm kính cứng nhắc; chúng có thể được uốn cong, cuộn lại, và thậm chí mở ra, mở ra những khả năng mới để tích hợp năng thu hoạch năng lượng trực tiếp vào quần áo, các khung y tế, và các phụ kiện tiếp cận hàng ngày. những đột phá gần đây hứa hẹn làm cho những người dùng có thể tự động, bền vững hơn, và không cần hy sinh sự thoải mái hay thiết kế.

Tế bào mặt trời dễ bay được là gì?

Các tế bào mặt trời dễ bay lượn là các thiết bị quang điện mỏng, có thể làm cho các bề mặt cong hoặc không đều đều không có đều. Không giống như các tấm silicon dạng tinh thể truyền thống, có các tế bào chất bririt và linh hoạt được xây dựng trên các lớp nhựa, kim loại, hoặc vải. Tính hợp nhất này cho phép chúng được nhúng vào các sợi dệt may, hoặc thậm chí được gắn trên da người.

Những tế bào này thường chỉ đo được vài micromet dày, làm cho chúng nhẹ hơn các bảng độ thông thường. Ví dụ, một tế bào perovskite linh hoạt có thể nặng ít hơn 10 gram trên mét vuông, so với 15–20 kg trên một mét vuông cho một mô- đun thủy tinh chuẩn. Giảm cân này là quan trọng cho ứng dụng có thể mặc được nơi mỗi gram quan trọng.

Những phát minh kỹ thuật gần đây

Các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đã đạt được những kỷ lục mới về hiệu quả, tính bền vững và khả năng sản xuất.

Tế bào Mặt Trời ẩn

Các vật liệu bề mặt đã trở thành trọng tâm vì sự hấp thụ ánh sáng đặc biệt và sự sắp xếp đơn giản. Với dạng linh hoạt, các tế bào mặt trời trên mặt trời đã đạt đến các tính năng chuyển đổi trên 20%, cạnh tranh với nhiều tương ứng cứng nhắc. Các nhà khoa học tại [FLT: 0] Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo [NREL] [NLL: 1] đã chứng minh các mô- đun môi trường môi trường có thể bẻ cong trên bề mặt đất liền, giữ được 90% hiệu suất ban đầu sau khi cong 1.000 chu kỳ. Các nhà khoa học hiện nay cũng tập trung vào các phương pháp để bảo vệ môi trường trên môi trường trên môi trường và hai yếu tố dinh dưỡng chính.

Một sáng kiến khác bao gồm việc sử dụng chất lỏng tự chữa lành trong lớp màng ngoài màng cứng. nếu các vi phân hình thành trong quá trình uốn lượn lặp đi lặp lại, những vật liệu này có thể tự động sửa chữa thiệt hại, kéo dài cuộc sống hoạt động của thiết bị một cách đáng kể. điều này giải quyết một trong những trở ngại lớn nhất cho việc tiếp nhận tế bào mặt trời linh hoạt trên sa mạc mặt trời.

Vật liệu ảnh chụp hữu cơ

Các pin mặt trời, được làm từ các phân tử bán dẫn carbon, có thể được in bằng cách sử dụng các quá trình cuộn đến lăn. phát triển gần đây đã đẩy hiệu suất của chúng trên 18% cho các thiết bị bán dẫn nhỏ. các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển các chất hữu cơ trong suốt để nhìn thấy ánh sáng trong khi hấp thụ trong quang phổ gần hồng ngoại. những tế bào bán dẫn này có thể được kiểm soát trên khuôn mặt hoặc kính mắt mà không có sự nhìn xuyên thấu, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho thế hệ năng lượng liên tục.

Một sự kiện đáng chú ý được thực hiện bởi các đội ở sự tách rời của Cambridge ), người đã chứng minh một tế bào mặt trời kết hợp vải có thể cung cấp năng lượng cho một thiết bị theo dõi thể dục dưới ánh sáng trực tiếp và ánh sáng trong nhà. Vật liệu được dệt trực tiếp vào vải, loại bỏ nhu cầu của các thiết bị kết nối cứng nhắc.

Tăng cường vật chất không có vật chất

Các điện cực như đồ thị, ống cacbon nano và các chấm lượng tử đang được sử dụng để cải thiện việc vận chuyển, sự hấp thụ ánh sáng và tính linh hoạt cơ học. Chẳng hạn, điện cực đồ thị có khả năng dẫn xuất sắc trong khi gần như mỏng. Chúng có thể thay thế các ô-xít trong suốt như I----- 10, có độ bền và dễ bẻ theo thiết bị linh hoạt. Các nhà nghiên cứu tại [FL: 0] Máy phát triển [FL: 1] có biểu đồ [FL: 1] có tính chất mỏng bằng phẳng. Chúng có thể thay thế các ô-xít-xít-xít-xít bằng một chất liệu có độ dẻo, có độ dẻo, 16% được dùng để uốn cong bằng độ cong.

Một phương pháp khác dùng các dây nano làm từ chất nanô đồng hoặc zincoxin để giữ ánh sáng bên trong lớp hấp thụ mỏng, tăng đáng kể hiệu suất mà không làm dày lên.

Những ứng dụng trong việc mặc quần áo

Sự kết hợp giữa các pin mặt trời linh hoạt vào các bộ phận đeo trên người đã vượt ra ngoài các cuộc biểu tình trong phòng thí nghiệm thành các mẫu thử nghiệm thực tế và các sản phẩm thương mại đầu tiên. đây là một số ứng dụng có tác động lớn nhất:

Đồng hồ và dây phù hợp

Ví dụ, các tế bào này vô hình trong khi sử dụng các chất liệu thẩm mỹ của đồng hồ. Các phiên bản tương lai có thể loại bỏ nhu cầu sạc hoàn toàn cho người dùng mặt trời mỗi ngày.

Quần áo và văn bản thông minh

Ảnh chụp có lẽ là ứng dụng tham vọng nhất. Các kỹ sư có sợi mặt trời dệt thẳng vào áo khoác, ba lô và thậm chí giày. Các sợi này được dệt từ một dây đồng mỏng bọc với lớp màng quang điện và điện cực trong suốt. Mỗi sợi chỉ là vài trăm micromet đường kính, nhưng có thể tạo ra tới 10 mili- mét trên mỗi cm. Khi dệt thành vải, kích cỡ miếng vá của bàn tay có thể tạo đủ điện não đồ điện tử hoặc thiết bị định vị GPS.

Một ví dụ thực tiễn là "Sắc áo mặt trời linh hoạt được tạo ra bởi Nhóm nghiên cứuKaiser ), mà có những tấm năng lượng mặt trời dễ uốn nắn được may vá vào vai. Bảng này không thấm nước và có thể rửa máy, giải quyết những mối quan tâm thường gặp. Trong các cuộc thử nghiệm, một ngày đầy đủ năng lượng để tạo ra máy ảnh GoPro liên tục.

Đắp vá theo dõi sức khỏe

Bộ phận y tế là một trạng thái tự nhiên cho pin mặt trời linh hoạt vì chúng thường cần hoạt động trong nhiều ngày hay nhiều tuần mà không có trao đổi pin. Các bộ cảm biến kiểu đắp để liên tục giám sát kỹ thuật đường huyết, nhịp tim, hoặc ECG có thể kết hợp tế bào mặt trời mỏng, linh hoạt trên lớp trên đầu. Tế bào này chuyển đổi môi trường xung quanh thành điện tử để cung cấp năng lượng và truyền dữ liệu không dây. Một nghiên cứu được xuất bản [FL: 0] điện toán [FLT] cho thấy một miếng vá nhỏ bằng da được thu hoạch qua một hệ mặt trời, có thể mở rộng, cho phép thay thế không có hoạt động thay thế.

Những bản vá này cũng có thể chứa năng lượng dư trong một siêu tụ điện nhỏ, cung cấp năng lượng trong lúc ngủ hoặc khi được bao phủ bởi quần áo.

Thử thách và sự hướng dẫn trong tương lai

Dù có những tiến bộ đáng kể, nhiều rào cản kỹ thuật và thương mại vẫn còn trước khi các pin mặt trời linh hoạt trở thành những vật có thể mặc được tiêu chuẩn.

Định dạng trục - Y

Các tế bào dễ vỡ và vật liệu hữu cơ có khả năng nhạy cảm với oxy và độ ẩm. Trong khi kỹ thuật thu thập được cải thiện, chúng tăng chi phí và độ phức tạp. Các tế bào dễ bay lượn cũng phải đối mặt với sự căng thẳng cơ học từ sự uốn cong, giặt và tiếp xúc với mồ hôi. Các tế bào hữu cơ thường mất 20–30% hiệu sau khi sử dụng ngoài trời 1.000 giờ. Các nhà nghiên cứu đang khám phá các rào chắn từ việc thẩm vấn lớp nguyên tử và các thủy tinh linh hoạt đến việc mở rộng đời để tương ứng với kỳ vọng của người tiêu dùng 2+).

Làm việc có thể được

In cuộn đến va đập là một phương pháp sản xuất giá rẻ đầy hứa hẹn, nhưng sản lượng vẫn thấp hơn so với các tế bào silicon cứng. Giảm độ chịu đựng linh hoạt trong phụ tùng dễ uốn nắn hơn, và khả năng nhất quán trên các mô- đun lớn (FL3) vẫn đang được tối ưu hóa. Các công ty như [FLT: 0] Oxford PV và [FL: 2] Heliatek [FL:] đã tăng tiến trong việc sản xuất phi công, nhưng chi phí cho mỗi tấm đá thông thường.

An toàn và an ủi

Để mặc, tế bào mặt trời không được phát triển với hiệu suất tương tự. Hơn nữa, các tế bào phải duy trì hơi thở cho sự kết hợp dệt may, và tất cả các thành phần điện tử phải được cấu thành để ngăn chặn các mạch bị chảy mồ hôi hoặc mưa. Tiêu chuẩn cho điện tử có thể mặc như IEC23, đang được cập nhật để che giấu các thành phần quang hợp nhất.

Hướng tương lai

Nhìn về phía trước, sự tập trung sẽ chuyển sang các tế bào đa chức năng có thể thu thập ánh sáng xuyên suốt toàn bộ quang phổ mặt trời, khả năng đạt được hiệu quả vượt quá 30%. Một hướng thú vị khác là sự phát triển của "tách" máy thu năng lượng mặt trời kết hợp các tế bào linh hoạt với các thành phần điện từ bánh mì hoặc nhiệt điện để thu năng từ cơ thể và nhiệt.

Những tiến bộ trong tế bào mặt trời trong suốt và gần như vô hình cũng sẽ cho phép sử dụng trong tăng cường kính thực tế, thiết bị trợ thính, và trang sức thông minh. mục tiêu cuối cùng là thu năng lượng một tính năng thụ động, vô hình của các vật dụng hàng ngày, để người dùng không bao giờ nghĩ về sạc nữa.

Khi công nghệ trưởng thành, sự hợp tác giữa các nhà khoa học vật chất, kỹ sư dệt may và nhà thiết kế sản phẩm sẽ rất quan trọng.