FacePla.net

Каждый день мы слышим от экологов удручающие сводки со всех экологических фронтов об исчерпании ресурсов, загрязнении морей, уничтожении редких видов животных и растений. С другой стороны, современная наука и высокотехнологичная промышленность практически ежедневно дают нам надежду на чистое и энергетически богатое будущее, нужно только воспользоваться плодами современных изобретений, даже если поначалу это будет достаточно дорого.

Исследователи из Национальной лаборатории корпорации Sandia (Sandia National Laboratories) разработали миниатюрные фотоэлектрические ячейки, которые потенциально могут нести солнечную энергетику, в прямом смысле этого слова, в массы. Например, эти микроскопические ячейки превратят человека в передвижное "зарядное устройство", если их закрепить на гибкой основе, перенесённой на одежду, шляпы и зонты. Изготовленные из кристаллического кремния солнечные частицы помимо многообещающего потенциала должны быть более эффективными и дешевыми, чем существующие ячейки. Производятся новые устройства с использованием микроэлектронных и микроэлектромеханических систем (MEMS).

Возглавляемая Грегом Нильсоном (Greg Nielson) группа исследователей идентифицировала более 20 преимуществ малого масштаба своих микроячеек. Как объясняет Нильсон, в конечном итоге массово выпускаемые фотоэлектрические устройства могут встраиваться в здания, палатки и одежду. Охотники, путешественники и военный персонал получат решения для подзарядки мобильных телефонов, камер и другой электроники, действующие без необходимости развёртывания на местности солнечных панелей с большой площадью. "Фотоэлектрические модули из микроячеек для крыш домов могут иметь интеллектуальный контроль, преобразователи тока и даже устройства хранения энергии, интегрированные на уровне чипа. Такое решение значительно упростит конструкцию, снизит стоимость и процесс установки сетей из солнечных элементов", - говорит инженер лаборатории Випин Гупта (Vipin Gupta). Частично стоимость снижается вследствие относительно небольшого количества материала, требуемого для формирования хорошо контролируемых микроустройств.

Толщина новых ячеек составляет 14-20 мкм, а диаметр – от 0,25-1 мм. На изготовление солнечной панели площадью 232 см2 (6" х 6") требуется в 100 раз меньше кремния в случае использования этих микроэлементов по сравнению с обычными кремниевыми панелями. Количество генерируемой энергии при этом такое же, а допустимая механическая нагрузка – больше. Дополнительное преимущество также заключается в возможности производства микроячеек из коммерческих пластин любого размера, в том числе из 300-мм (12") подложек и будущих 450-мм (18"). Более того, если при производстве одна ячейка будет повреждена, это не приведёт к отбраковке всей пластины, тогда как при изготовлении обычных панелей непригодной становится вся подложка. А панели большей чем стандартная (6" х 6") площади из подложек большего размера будут нуждаться в увеличении толщины проводников, поднимая стоимость ещё выше. Этой проблемы не существует с микроячейками и индивидуальной разводкой проводников для них.

Лучше переносит разработка и тень. В условиях частичного затенения, где обычная солнечная панель перестанет функционировать, устройство из микроячеек продолжит генерировать электричество. Поскольку гибкую основу достаточно легко получить, высокоэффективные фотоэлектрические преобразователи для широкого использования в повседневных задачах становятся более реальными. Коммерческий шаг к микромасштабным солнечным элементам, как рассчитывают исследователи, станет значительной переменой по сравнению с модулями из массивов 6" панелей. Благодаря распространённым в индустриях MEMS, электроники и LED-диодов технологиям производственный переход будет относительно безболезненным. Например, электрические контакты для каждой ячейки шестиугольной формы, формируемой на кремниевой подложке, получаются с использованием техники производства интегральных схем.

В данный момент эффективность преобразования солнечной энергии микроячейками достигает 14,9%. Для присутствующих на рынке коммерческих решений характерен показатель 13-20%. Стандартное производственное оборудование для переноса и установки компонентов (pick-and-place machine), применяемое в массовой сборке электроники, может разместить до 130 тыс. ячеек в час на подготовленных площадках с электрическими контактами, процесс проходит при низкой температуре. Стоимость - $0,001 за один микроэлемент, а их количество в модуле определяется уровнем оптической концентрации и размером кристалла и варьируется от 10 тыс. до 50 тыс. на 1 м2. В разработке находится альтернативная технология самосборки, которая ещё больше снизит стоимость. Солнечные концентраторы – дешёвые массивы микролинз – могут быть помещены непосредственно на каждую ячейку для повышения количества собираемых фотонов. Помимо уже упомянутых прикладных сфер, разработчики видят применение микроячейкам в спутниках и беспроводных сенсорах. 

Источник: popnano.ru