Назад в Статьи

20.01.2009 |

(3)

 Loading ...

Новые элементы для солнечных батарей

В последнее время процент солнечных батарей на рынке альтернативных источников энергии неуклонно растет. Этот факт, безусловно, стимулирует многие научные группы к поиску новых решений для солнечных элементов и их массивов.

В работе «Ultrathin silicon solar microcells for semitransparent,mechanically flexible and microconcentrator module designs» американскими учеными представлена методика получения ультратонких, пластитчных, полупрозрачных солнечных элементов на основе монокристаллов кремния. Схема синтеза достаточно несложна  (рис. 1). С помощью травления исходной кремниевой пластины и  последующим допированием получили солнечные элементы, которые далее методом трансфертной печати (transfer printing) переносились на гибкую полимерную подложку. Употребленная методика достаточно уменьшает время производства массивов солнечных элементов на большой площади (порядка 0,5 см2). Печать производится на специально сконструированном аппарате, который позволял обозначить изображение с точностью до одного микрона. Визуальный контроль процесса совершался с помощью оптического микроскопа. Видео с работой печатного станка можно посмотреть здесь. Готовые изделия представляют собой тонкие пленки толщиной менее 100 мкм. Отдельные солнечные элементы (рис. 2) имеют толщину порядка 100 нм и поперечные размеры 0,1?1,5 мм. Они находятся параллельно друг другу и соединены между собой золотыми контактами, которые связывают p и n зоны соседних ячеек.

В процессе синтеза можно контролировать расстояние между отдельными элементами в полимерной матрице. Это даст возможность получать солнечные элементы с разной светопроницаемостью (рис. 3). Увеличение расстояния между элементами, однозначно, понижает мощность, производимую системой. Однако такая конструкция позволяет располагать солнечные батареи в самых неожиданных местах, к примеру, вместо оконных стекол. Необходимо отметить еще одно важное качество новых устройств. Они легко гнутся (рис. 4) и сворачиваются в рулоны без потери функциональных свойств. Этот факт значительно облегчит в будущем их транспортировку и монтировку при промышленном использовании. Мощность полученной системы можно увеличить, если над слоем солнечных  микроячеек поместить фокусирующие элементы (рис. 5). В работе использовались цилиндрические линзы с целью формирования одноосного устройства фокусировки солнечного излучения. Такое сочетание позволяет в 2,5 раза увеличить выходную мощность установки.

Удобная и низкозатратная технология трансферной печати солнечных элементов, предложенная в работе, позволяет снизить стоимость и повысить производительность процесса синтеза и поэтому является перспективным направлением для дальнейших исследований.

Рис. 1. Пошаговая схема синтеза солнечных элементов (а), оптическое изображение готового устройства (b) и данные сканирующей электронной микроскопии (с).

Рис. 2. Схематическое изображение отдельного элемента, содержащего области, допированные фосфором (n+) и бором (p+).

Рис. 3. Оптическая фотография солнечного элемента с радиусом изгиба 4,9 мм (а), его схематическое устройство (b) и распределение деформаций на поперечном срезе пленки при изгибе(с).

Рис. 4. Изменение прозрачности пленок при варьировании расстояния между элементами d. (А) Изображения получены при использовании для печати подложки с предварительно нанесенной надписью. Вверху расстояние между элементами 397 микрон, внизу - 26 микрон. (B) Спектры пропускания пленок с различным d. (C) Солнечный элемент с d = 397 мкм.

Рис. 5. Солнечные элементы с дополнительным слоем фокусирующих линз. Готовая пленка (а) и ее схематическое изображение (b).

Ваш комментарий: