MITが超薄型太陽電池を開発

太陽エネルギーは世界で最も豊富なエネルギー源であり、効率的で安定した太陽電池の開発は、世界的なエネルギー危機を大幅に緩和することができ、太陽電池技術はクリーン エネルギー移行の重要な柱と見なされています。 将来、太陽電池は、屋根やソーラー ファームだけでなく、航空機や人工衛星などの自動化された航空宇宙機器に電力を供給するためにも、技術開発と生産生活においてますます重要な役割を果たすことになります。

半導体電子部品の製造プロセスの発展に伴い、世界では太陽電池に関する研究が非常に盛んになり、製造技術も多岐にわたります。 これらの中で、超薄型セル太陽電池は、さまざまな不規則な、湾曲した、またはその他の不適切な表面に適用でき、材料の消費と製造要件を削減し、直接コストを削減できるため、この分野で独自の可能性を秘めています。

ジャーナル Small Methods の最新号に掲載された最近の論文で、マサチューセッツ工科大学 (MIT) のエンジニアは、あらゆる表面をすばやく簡単に電源に変えることができる超薄型太陽電池を開発したと述べています。 人間の髪の毛よりも薄く、布地に接着する太陽電池は、従来のソーラー パネルの 100 分の 1 の重さですが、1 キログラムあたり 18 倍の電力を生成し、ボートの帆、災害救援テント、タープに組み込むことができます。ドローンの翼やさまざまな建物の表面。

マサチューセッツ州の典型的な屋上太陽光発電設備は、約 8,000 ワットです」と、この記事の共同主執筆者である Mayuran Saravanapavanantham 氏は述べています。同じ量の電力を生成するために、当社のファブリック PV は約 20 kg (44 ポンド) しか必要としません。 ) を家の屋根に追加します。」

超薄型太陽電池の作成

この技術の背後にある MIT チームは、材料科学における以前の進歩に基づいて構築しようとし、2016 年に完成した超薄型太陽電池は、壊れずにシャボン玉の上に座るのに十分な重さです。 太陽電池を製造するための従来の技術では、真空チャンバーと高価な蒸着法が必要です。 今回、技術をスケールアップするために、科学者はプロセスを簡素化するために電子インクに基づく印刷可能なナノ材料に目を向けました。

超薄型太陽電池

ナノクリーンルームで、研究者は押出コーターを使用してナノ電子材料の層を厚さ3ミクロンの基板に堆積させ、続いてスクリーン印刷を行って電極を印刷し、ソーラーモジュールを完成させ、続いて印刷されたモジュールを剥がした.これは厚さ約 15 ミクロンで、プラスチック基板から離れて超軽量ソーラー デバイス モジュールを形成します。 しかし、このスリムで自立型のソーラー モジュールは取り扱いが難しく、簡単に破れてしまうため、設置が困難です。

そのため、研究者はモジュールを剥がして、破れを防ぐために必要な機械的強度を提供するファブリック基板に接着しました。 複合材料ダイニーマに基づく軽量で柔軟な基板は、1 平方メートルあたりわずか 13 グラムの重さで、太陽電池を接着することができます。 わずか数ミクロンの厚さの硬化接着剤の層を追加することで、太陽電池モジュールをダイニーマに接着できるため、超軽量で堅牢な太陽電池構造が実現します。

優れた性能と幅広いアプリケーションの見通し

この耐久性のあるファブリック太陽光発電システムは、厚さ 50 ミクロンで、重量はモジュール面積で 1 グラム未満です (面積密度 105 g/m2 に相当)。 実験的テストでは、自立型の超薄型太陽電池が 1 キログラムあたり 730 ワットを生成できることが示されています。また、高強度の「パワー ホース」ファブリックに結合されている場合、1 キログラムあたり 370 ワットの比出力を 18 倍達成することもできます。従来の太陽電池のそれ。 超薄型モジュールを複合ファブリックに統合することで機械的に柔軟になり、これらのファブリック太陽光発電システムは 500 回のロールアップ サイクル後も性能を維持し、初期発電容量の 90% 以上を維持します。 さらに、このセル製造方法を拡張して、より大きな面積の柔軟なセルを製造することができます。

図: OPV モジュールと別のパリレン装置。 A) PET 基板上の完成した OPV モジュールの写真。 B) PET キャリアからの取り外し前後の PET デバイス上の制御デバイス (PET-IMI、PET-AgNW) とパリレンの電流 - 電圧特性。

超薄型太陽電池は、代替電源の探索に弾みをつけました。 これらの太陽電池は非常に薄くて軽いため、さまざまな表面に貼り付けることができます。 たとえば、ボートの帆に組み込んで海上で電力を供給したり、災害復旧作業で展開されるテントや防水シートに取り付けたり、ドローンの翼に取り付けて飛行範囲を広げたりすることができます。 この軽量のソーラー技術は、建築環境に簡単に統合することもでき、建築業界の将来の設計と建設に大きな影響を与える可能性があります。 さらに、これらのポータブル太陽電池は、外出先でウェアラブル電源構造として電力を供給したり、輸送して遠隔地に迅速に展開して緊急時に支援を提供したりできます。

今後の課題

研究者によると、彼らの太陽電池は従来の電池よりも軽量で柔軟ですが、環境から保護するために別の材料で覆う必要があります。 また、これらのセルを作るために使用される炭素ベースの有機材料は、空気中の水分や酸素と相互作用することによって変化する可能性があり、セルの性能を低下させる可能性があります.

写真：試験中の超薄型太陽電池

MIT の電子工学研究所の研究科学者である Jeremiah Mwaura 氏によると、従来のシリコン太陽電池の標準的な慣行のように、これらの太陽電池を重いガラスで覆うと、現在の進歩の価値が最小限に抑えられるため、チームは現在、超薄型パッケージを開発しています。環境への影響によるセルの劣化に対処するためのソリューションであり、超軽量デバイスをわずかな重量で追加するだけです。

Jeremiah Mwaura 氏は次のように付け加えています。デバイスの他の層を作成するために使用するプロセスと同等のリリース可能な基板を印刷することで簡素化されます.これにより、この技術の市場への移行が加速されます.」

科学と技術のレベルが発展し続けるにつれて、多種多様な新しい材料、技術、およびエネルギー源の発見と使用が、太陽電池アプリケーションの開発を確実に推進し続けるでしょう。 超薄型太陽電池も、近い将来、社会により大きな価値をもたらすでしょう。