MIT, 초박형 태양전지 개발

태양 에너지는 세계에서 가장 풍부한 에너지원이며 효율적이고 안정적인 태양 전지의 개발은 전 세계 에너지 위기를 크게 완화할 수 있으며 태양 전지 기술은 청정 에너지 전환의 핵심 기둥으로 간주됩니다. 미래에 태양 전지는 옥상 및 태양열 농장뿐만 아니라 항공기 및 위성과 같은 자동화된 항공 우주 기계에 전력을 공급하는 기술 개발 및 생산 수명에 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.

반도체 전자 부품 제조 공정의 발전과 함께 세계는 태양 전지 및 광범위한 제조 기술에 대한 엄청난 양의 연구를 목격했습니다. 이 중에서 초박형 셀 태양 전지는 다양한 불규칙하거나 곡면 또는 부적합한 표면에 적용할 수 있고 재료 소비 및 제조 요구 사항을 줄여 직접 비용을 절감할 수 있기 때문에 이 분야에서 고유한 가능성을 가지고 있습니다.

Small Methods 저널 최신호에 발표된 최근 논문에서 MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 엔지니어들은 모든 표면을 빠르고 쉽게 전원으로 전환할 수 있는 초박형 태양 전지를 개발했다고 밝혔습니다. 사람의 머리카락보다 가늘고 천 조각에 붙는 태양 전지는 무게가 기존 태양 전지 패널의 100분의 1에 불과하지만 킬로그램당 18배 더 많은 전기를 생산하며 보트 돛, 재난 구호 텐트 및 방수포에 통합될 수 있습니다. 드론의 날개와 다양한 건물의 표면.

매사추세츠의 일반적인 옥상 태양광 설치는 약 8000와트입니다."라고 이 기사의 공동 저자인 Mayuran Saravanapavanantham은 말합니다. 동일한 양의 전기를 생성하기 위해 패브릭 PV는 약 20kg(44lbs)만 필요합니다. ) 집 지붕에 추가됩니다."

초박형 태양 전지의 생성

이 기술을 뒷받침하는 MIT 팀은 재료 과학의 이전 발전을 기반으로 2016년에 깨지지 않고 비누 방울 위에 놓일 수 있을 만큼 충분히 무거운 초박형 태양 전지를 완성했습니다. 태양 전지를 제조하는 전통적인 기술에는 진공 챔버와 값비싼 증착 방법이 필요합니다. 이번에는 기술을 확장하기 위해 과학자들이 프로세스를 단순화하기 위해 전자 잉크를 기반으로 인쇄 가능한 나노 물질로 전환했습니다.

초박형 태양 전지

연구진은 나노 클린룸에서 압출 코터를 이용해 3미크론 두께의 기판 위에 나노 전자재료 층을 증착한 뒤 스크린 인쇄를 통해 전극을 출력해 태양광 모듈을 완성한 뒤 인쇄된 모듈을 박리했다. 초경량 태양열 장치 모듈을 형성하기 위해 플라스틱 기판에서 약 15미크론 두께입니다. 하지만 이 슬림하고 자립형 태양광 모듈은 다루기가 어렵고 쉽게 찢어져 배치하기가 어렵습니다.

따라서 연구원들은 찢어짐을 방지하는 데 필요한 기계적 강도를 제공하는 패브릭 기판에 모듈을 벗겨내고 붙였습니다. 복합 재료 Dyneema를 기반으로 하는 가볍고 유연한 기질은 제곱미터당 무게가 13g에 불과하며 태양광 전지를 부착할 수 있습니다. 두께가 몇 미크론에 불과한 경화 접착제 층을 추가함으로써 태양광 모듈을 Dyneema에 접착할 수 있어 초경량의 견고한 태양광 구조물을 만들 수 있습니다.

뛰어난 성능과 폭넓은 적용 전망

내구성이 뛰어난 이 패브릭-태양광 시스템은 두께가 50미크론이고 무게는 모듈 면적이 1g 미만입니다(면적 밀도 105g/m2에 해당). 실험 테스트에 따르면 자립형 초박형 태양 전지는 킬로그램당 730와트를 생산할 수 있으며, 고강도 "파워 호스" 직물에 결합하면 킬로그램당 370와트의 특정 전력을 18배 달성할 수 있습니다. 기존 태양전지의 그것. 초박형 모듈을 복합 패브릭에 통합하면 기계적으로 유연해지며 이러한 패브릭-태양광 시스템은 500 롤업 주기 후에도 초기 발전 용량의 90% 이상으로 성능을 유지합니다. 또한 이 셀 생산 방법을 확장하여 더 큰 면적의 유연한 셀을 생산할 수 있습니다.

그림: OPV 모듈 및 별도의 파릴렌 장치. A) PET 기판에 완성된 OPV 모듈의 사진. B) PET 담지체에서 탈착 전후의 PET 소자 상의 제어 소자(PET-IMI, PET-AgNW) 및 파릴렌의 전류-전압 특성.

초박형 태양 전지는 대체 전원을 찾는 데 박차를 가했습니다. 이 태양 전지는 매우 얇고 가볍기 때문에 다양한 표면에 부착할 수 있습니다. 예를 들어 보트 돛에 통합되어 바다에서 전력을 공급하거나 재해 복구 작업에 배치된 텐트와 방수포에 부착되거나 드론의 날개에 적용되어 비행 범위를 확장할 수 있습니다. 이 경량 태양열 기술은 또한 건축 환경에 쉽게 통합될 수 있으며 건축 산업의 미래 설계 및 건설에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 이러한 휴대용 태양 전지는 이동 중에도 착용할 수 있는 전력 구조로 전력을 공급받거나 긴급 상황에서 도움을 제공하기 위해 멀리 떨어진 지역으로 운반 및 신속하게 배치할 수 있습니다.

미래의 도전

연구원들은 그들의 태양 전지가 기존 전지보다 가볍고 유연하지만 환경으로부터 보호하기 위해 다른 재료로 싸여 있어야 한다고 말합니다. 그리고 이러한 세포를 만드는 데 사용되는 탄소 기반 유기 물질은 공기 중의 수분 및 산소와 상호 작용하여 변경될 수 있으며, 이는 세포의 성능을 저하시킬 수 있습니다.

사진: 테스트 중인 초박형 태양 전지

MIT 전자 연구소의 연구 과학자인 Jeremiah Mwaura에 따르면 전통적인 실리콘 태양 전지의 표준 관행과 같이 무거운 유리로 이러한 태양 전지를 감싸면 현재 발전의 가치를 최소화할 수 있으므로 팀은 현재 초박형 패키징을 개발하고 있습니다. 환경적 영향으로 인한 셀의 열화 문제를 해결하기 위한 솔루션으로 초경량 장치를 추가하면 무게의 일부만 추가됩니다.

Jeremiah Mwaura는 "우리는 이러한 초경량 및 유연한 태양광 구조물의 형태와 성능을 유지하면서 가능한 한 많은 비태양 활성 물질을 제거하려고 노력하고 있습니다. 장치의 다른 레이어를 만드는 데 사용하는 프로세스와 동일한 박리 가능한 기판을 인쇄하여 단순화합니다. 이렇게 하면 이 기술을 시장에 적용하는 속도가 빨라질 것입니다."

과학과 기술의 수준이 계속해서 발전함에 따라 다양한 신소재, 기술 및 에너지원의 발견과 사용은 확실히 태양 전지 응용 분야의 발전을 계속 견인할 것입니다. 초박형 태양 전지는 또한 가까운 미래에 사회를 위한 더 큰 가치를 창출할 것입니다.