종이처럼 얇은 태양 전지는 모든 표면을 전원으로 전환할 수 있습니다.

[아름이]

종이처럼 얇은 태양 전지는 모든 표면을 전원으로 전환할 수 있습니다.
날짜:2022년 12월 9일
원천:매사추세츠 공과대학
요약:MIT 연구원들은 모든 표면에 붙일 수 있는 초박형, 유연하고 내구성이 있으며 가벼운 태양 전지를 생산하기 위해 확장 가능한 제작 기술을 개발했습니다. 고강도 직물에 접착된 태양 전지는 무게가 기존 전지의 100분의 1에 불과하면서 킬로그램당 약 18배 더 많은 전력을 생산합니다.

MIT 엔지니어들은 모든 표면을 빠르고 쉽게 전원으로 전환할 수 있는 초경량 패브릭 태양 전지를 개발했습니다.

사람의 머리카락보다 훨씬 얇은 이 내구성 있고 유연한 태양 전지는 강하고 가벼운 직물에 접착되어 고정된 표면에 쉽게 설치할 수 있습니다. 그들은 웨어러블 파워 패브릭으로 이동 중에 에너지를 제공하거나 비상시 지원을 위해 원격 위치로 이동 및 신속하게 배치할 수 있습니다. 기존 태양열 패널의 100분의 1 무게에 킬로그램당 18배 더 많은 전력을 생성하며 향후 대면적 제조로 확장할 수 있는 인쇄 공정을 사용하는 반도체 잉크로 만들어집니다.

매우 얇고 가볍기 때문에 이 태양 전지는 다양한 표면에 적층할 수 있습니다. 예를 들어, 보트의 돛에 통합되어 해상에서 전력을 공급하거나, 재난 복구 작업에 배치되는 텐트와 방수포에 부착되거나, 비행 범위를 확장하기 위해 드론의 날개에 적용될 수 있습니다. 이 경량 태양열 기술은 최소한의 설치 요구 사항으로 건축 환경에 쉽게 통합될 수 있습니다.

"새로운 태양 전지 기술을 평가하는 데 사용되는 지표는 일반적으로 전력 변환 효율과 와트당 비용으로 제한됩니다. 중요한 것은 통합성, 즉 새로운 기술을 적용할 수 있는 용이성입니다. 패브릭은 통합성을 가능하게 하여 현재 작업에 대한 자극을 제공합니다. 새로운 무탄소 에너지원을 배치해야 하는 현재의 긴급한 필요성을 감안할 때 우리는 태양광 채택을 가속화하기 위해 노력하고 있습니다. 나노 구조 전자 연구실(ONE Lab), MIT.nano의 이사이자 이 작업을 설명하는 새 논문의 선임 저자.

논문에서 Bulović와 합류한 공동 저자는 MIT의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 대학원생인 Mayuran Saravanapavanantham입니다. MIT 전자 연구소의 연구원인 Jeremiah Mwaura가 있습니다. 이 연구는 오늘 Small Methods 에 게재되었습니다 .

슬림형 태양광

전통적인 실리콘 태양 전지는 깨지기 쉽기 때문에 유리로 싸여 있고 무겁고 두꺼운 알루미늄 프레임으로 포장해야 하므로 배치할 수 있는 위치와 방법이 제한됩니다.

6년 전, ONE Lab 팀은 너무 가벼워서 비누 거품 위에 놓일 수 있는 새로운 종류의 박막 재료를 사용하여 태양 전지를 생산했습니다. 그러나 이러한 초박형 태양 전지는 복잡한 진공 기반 프로세스를 사용하여 제작되었으며 비용이 많이 들고 확장하기 어려울 수 있습니다.

이 작업에서 그들은 잉크 기반 재료와 확장 가능한 제조 기술을 사용하여 완전히 인쇄 가능한 박막 태양 전지를 개발하기 시작했습니다.

태양 전지를 생산하기 위해 그들은 인쇄 가능한 전자 잉크 형태의 나노 물질을 사용합니다. MIT.nano 클린룸에서 작업하면서 그들은 슬롯 다이 코터를 사용하여 태양 전지 구조를 코팅합니다. 슬롯 다이 코터는 두께가 3미크론에 불과한 준비된 박리 가능한 기판에 전자 재료 층을 증착합니다. 스크린 인쇄(실크스크린 티셔츠에 디자인을 추가하는 것과 유사한 기술)를 사용하여 구조물에 전극을 증착하여 태양광 모듈을 완성합니다.

그런 다음 연구원들은 플라스틱 기판에서 두께가 약 15미크론인 인쇄된 모듈을 벗겨 초경량 태양광 장치를 형성할 수 있습니다.

그러나 이러한 얇고 자립형 태양광 모듈은 다루기가 어렵고 쉽게 찢어질 수 있어 배치하기가 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 MIT 팀은 태양 전지를 부착할 수 있는 가볍고 유연하며 고강도 기판을 찾았습니다. 그들은 무게가 거의 추가되지 않으면서도 기계적 복원력과 유연성을 제공하는 직물을 최적의 솔루션으로 확인했습니다.

그들은 상업적으로 Dyneema로 알려진 평방 미터당 무게가 13g에 불과한 복합 직물인 이상적인 소재를 찾았습니다. 이 직물은 지중해 바닥에서 침몰한 유람선 Costa Concordia를 들어 올리는 로프로 사용된 매우 강한 섬유로 만들어졌습니다. 두께가 몇 미크론에 불과한 UV 경화 접착제 층을 추가하여 태양광 모듈을 이 직물 시트에 부착합니다. 이것은 초경량 및 기계적으로 견고한 태양광 구조를 형성합니다.

"직물에 태양 전지를 직접 인쇄하는 것이 더 간단해 보일 수 있지만 이렇게 하면 장치를 만드는 데 필요한 모든 처리 단계와 화학적 및 열적으로 호환 가능한 직물 또는 기타 수신 표면의 선택이 제한됩니다. 접근 방식은 최종 통합에서 태양 전지 제조를 분리합니다."라고 Saravanapavanantham은 설명합니다.

기존의 태양 전지를 능가하는 빛

MIT 연구원들은 장치를 테스트했을 때 독립형일 때 킬로그램당 730와트의 전력을 생성할 수 있으며 고강도 Dyneema 패브릭에 배치할 경우 킬로그램당 약 370와트를 생성할 수 있음을 발견했습니다. 이는 킬로그램당 전력이 약 18배 더 많습니다. 기존 태양전지보다

"매사추세츠의 전형적인 옥상 태양열 설비는 약 8,000와트입니다. 동일한 양의 전력을 생성하기 위해 우리의 패브릭 태양광 발전은 집 지붕에 약 20kg(44파운드)만 추가할 것입니다."라고 그는 말합니다.

그들은 또한 장치의 내구성을 테스트했으며 패브릭 태양 전지판을 500번 이상 감았다 푼 후에도 셀이 초기 발전 용량의 90% 이상을 유지한다는 사실을 발견했습니다.

태양 전지는 기존 전지보다 훨씬 가볍고 유연하지만 환경으로부터 보호하기 위해 다른 재료로 둘러싸야 합니다. 셀을 만드는 데 사용되는 탄소 기반 유기 물질은 공기 중의 수분 및 산소와 상호 작용하여 변형되어 성능을 저하시킬 수 있습니다.

"이러한 태양 전지를 전통적인 실리콘 태양 전지의 표준과 같이 두꺼운 유리로 감싸는 것은 현재의 발전 가치를 최소화할 것입니다. "라고 Mwaura는 말합니다.

"우리는 이러한 초경량의 유연한 태양광 구조물의 폼 팩터와 성능을 유지하면서 가능한 한 많은 비태양 활성 물질을 제거하기 위해 노력하고 있습니다. 이것은 장치의 다른 층을 제조하는 데 사용하는 프로세스와 동일한 기판입니다. 이것은 이 기술의 시장 출시를 가속화할 것입니다."라고 그는 덧붙입니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/