US Ads

пятница

Как струйная печать может изменить лицо солнечной энергетики

Многие пользователи Интернета хорошо знают, что струйные принтеры (англ. inkjet printers) являются распространенной недорогой технологией, которая в последние десятилетия буквально совершила революцию как в процессе офисной печати для малого бизнеса, так и в печати в домашних условиях. Но, возможно, пока мало кто слышал о том, что вскоре может появиться технология, предлагающая аналогичные преимущества для будущего развития солнечной энергетики.

Инженеры из Университета штата Орегон (Корваллис, Орегон, США) впервые обнаружили способ, подходящий для успешного создания устройства, работающего от полупроводниковых солнечных батарей типа "CIGS" (подробнее читайте дальше) и предназначенного для струйной печати. Опробованный в работе способ позволяет уменьшить расход сырья на 90% и значительно снижает затраты на производство солнечных батарей по тонкопленочной фотоэлектрической технологии с применением некоторых очень многообещающих соединений.

По мнению американских ученых, такие быстро собираемые устройства из семейства тонкопленочной солнечной электроники, с высокой производительностью и с ультра-низкой стоимостью, должны стать возможными уже в скором будущем.

Американские результаты были опубликованы в профессиональном журнале о  солнечной энергетике и солнечных батареях Solar Energy Materials and Solar Cells, издающемся на английском языке в Нидерландах. Так же упоминалось о подаче  патентной заявки на открытие. Сами исследователи поясняли, что им необходимы дальнейшие исследования для повышения эффективности ячеек фотоэлементов, так как их работа может привести к появлению совершенно нового поколения солнечных энергетических технологий.

Курирующий это исследование Чи-Хун Чанг (Chih-hung Chang), профессор Школы химической, биологической и экологической инженерии в Университете штата Орегон, пояснял, что это очень перспективное и важное направление, которое может стать совершенно новой технологией, дополняющей сферу солнечной энергетики. По его словам, практическая важность этого исследования состоит в том, что до этого момента никто не был в состоянии создать работающие устройства на солнечных батареях CIGS для технологии струйной печати.

Профессор Чанг сказал, что преимущество такого подхода частично проявляется в резком снижении расхода печатного материала (англ. wasted material). Как известно, самая большая часть материала тратится в процессе печати на нанесение химических соединений на подложку с более дорогой фазой парового осаждения. Вместо это, продолжал Чанг,  американские исследователи предлагают использовать струйную технологию для создания точных паттернов с очень низким процентом отходов.

Чанг сказал, что некоторые передовые материалы для солнечных элементов, с которыми они хотят работать, например индий, относительно дороги, и если начать их использовать, то не возможно позволять себе тратить их впустую, поэтому струйный подход практически полностью устраняет отходы.

Одним из наиболее перспективных соединений, на котором фокусируется данное исследование, называется халькопирит или медный колчедан. В научной литературе этот минерал обозначается, как "CIGS", сокращенно от Copper, Indium, Gallium, Selenide или медь, индий, галлий, селенид, т.е. названий элементов, из которых он состоит. Минерал CIGS обладает чрезвычайной солнечной эффективностью - слой халькопирита в один или два микрона имеет возможность захватить энергию от фотонов примерно с такой же продуктивностью, как слой толщиной 50-микрон, выполненный из кремния.

Согласно новым выводам, американские исследователи смогли создать чернила, которые способны напечатать халькопирит на подложке методом струйного подхода и с эффективностью преобразования энергии примерно 5 процентов. Исследователи орегонского университета говорят, что при продолжении исследований они должны быть в состоянии достичь КПД около 12 процентов, что позволит сделать коммерчески жизнеспособный солнечный элемент.

Кроме этого, группа американских инженеров в сотрудничестве с Грегом Германом (Greg Herman), доцентом кафедры химической технологии университета штата Орегон, провела соответствующую работу по изучению других соединений, которые также могут быть использованы в струйной технологии, и обойдутся еще дешевле.

Некоторые подходы к производству фотоэлементов и солнечных батарей занимают много времени, либо требуют применение дорогостоящих вакуумных систем или использование токсичных химических веществ. Эксперты орегонского университета работают над проблемой ликвидации некоторых из этих препятствий и создают гораздо более дешевые солнечные технологии (англ. solar technology), которые также являются экологически более чистыми. По словам американских исследователей, под влиянием такой инициативы в Тихоокеанском Северо-Западном экономическом регионе США могут появиться новые рабочие места и даже целые отрасли промышленности.

Американские ученые полагают, что если им удастся значительно сократить финансовые затраты и преодолеть другие препятствия, то это даст возможность создать солнечную батарею, которую можно будет встраивать непосредственно в кровельные материалы на крыше дома, что открывает огромные новые возможности для солнечной энергетики.

В своем заключении американские исследователи написали, что простое и быстрое решение на основе процесса осаждения и с прямой записью было разработано ими для фабричного производства фотоэлементов и солнечных батарей CIGS высокого качества. При этом, продолжали они, безопасные и дешевые чернила, сохраняющие стабильность в воздушной среде, легко могут быть получены путем контроля состава недорогих солей металлов предшественников на молекулярном уровне.

Эта работа была поддержана институтом науки и технологий Тэгу Кенпук (Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology), расположенном в одноименной свободной экономической зоне в провинции Кёнсан-Пукто в Южной Корее, федеральным департаментом энергетики США (U.S. Department of Energy) и Венчурным фондом развития Университета штата Орегон, который помогает жертвователям и дарителям получать налоговые льготы при спонсорской поддержке проектов, которые принесут новые технологии, рабочие места и экономический рост в штат Орегон.

Ссылка

Chih-hung Chang personal website http://web.engr.oregonstate.edu/~changch/