A kínai Jiangsu Tudományos és Technológiai Egyetem (JUST) kutatói kifejlesztettek egy A4-es papírlapnál vékonyabb, szilíciumalapú napelemet. A szilíciumalapú napelemek telepítési költségei az elmúlt évtizedekben folyamatosan csökkentek, ami megkönnyítette széles körű elterjedésüket. A technológiát általában a földre telepített napelemfarmok, illetve háztetők esetében használják, lapos és merev panelekkel. Az olyan alkalmazási területek, mint például az ívelt felületeket használó terek, kívül maradtak a szilíciumalapú napelemek alkalmazási körén, és helyette drágább technológiát használnak.
A kristályos szilíciumos napelemek "szendvics" szerkezetűek, ahol az ostyaszubsztrátum vagy a középső réteg teszi ki a cella vastagságának nagy részét. A szilíciumcellák rugalmasabbá tételére tett korábbi kísérletek pozitív eredményeket hoztak. A tavaly közzétett kísérletben a Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology kutatói vettek részt, akik mindössze 60 mikrométer vastagságú napelemeket értek el - ami nagyjából az emberi hajszál vastagságának felel meg.
A JUST kutatói most egy lépéssel előrébb léptek, és olyan szilíciumcellákat állítottak elő, amelyek mindössze 50 mikrométer vastagok, azaz vékonyabbak, mint egy A4-es papírlap. A papírral ellentétben azonban a szilíciumcellákat nem lehet összehajtogatni, de tekercsbe hajlítani igen, ami hasznos, ha műholdakon és más űrbéli alkalmazásokban alkalmazzák őket.
A szilíciumcellák vékonyításának van egy másik előnye is. Az ilyen napelemek gyártása kevesebb anyagot használ fel, és csökkenti a súlyukat és a telepítésük költségeit. Ez azonban hátrányt is jelent, mivel a napelemek veszítenek az energiaátalakítás hatékonyságából. Többek között az energiaátalakítási hatásfok (PCE) elvesztése az egyik oka annak, hogy a vékonyabb szilíciumcellák ma még nem váltak általánossá. A vastagság 50 mikrométerre való csökkentésénél önmagában többre van szükség a rugalmas napelemek használatának megkönnyítéséhez. A korábbi kísérletek során a 150 mikrométernél kisebb vastagságú rugalmas szilíciumcellák akár 24,7 százalékos hatásfokot (PCE) is elértek.
A vékonyabb cellák PCE-jének ezen érték körül kellene maradnia ahhoz, hogy a napelemek hatékonyak legyenek. A kutatók azonban ehelyett 26 százalék fölé tudták javítani a PCE-t az összes általuk készített cellánál, amelyek vastagsága 50-130 mikrométer között változott. Ez az eredmény rendkívüli, hiszen a szabványos szilíciumcellák PCE-je már 26 százaléknál elérte a felső határt. Azzal, hogy vékonyabbá tették őket, a kutatóknak sikerült áttörniük ezt a határt.
Mivel a szilíciumcellák bármilyen görbületre hajlíthatók, a kutatók biztosak abban, hogy az eszközök széles skáláját szolgálhatják, például drónokat, léghajókat, sőt, hordozható okoseszközöket is. A kutatók most arra összpontosítanak, hogy kisméretű, hordozható, rugalmas napelemeket fejlesszenek ki, amelyek fóliába tekerhetők.
Forrás: Interesting Engineering
Borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock
