Internationaal onderzoeksteam maakt zonnecellen met een ongekende flexibiliteit en weerstand
Met de recente ontwikkeling van opvouwbare gsm-schermen is het onderzoek naar opvouwbare elektronica nog nooit zo intensief geweest. Een bijzonder nuttige toepassing van de opvouwbare technologie is in zonnepanelen.
De huidige zonnecellen zijn beperkt tot stijve, platte panelen, die moeilijk in grote aantallen kunnen worden opgeslagen en in alledaagse apparaten kunnen worden geïntegreerd, zoals telefoons, ramen, voertuigen of apparaten binnenshuis. Maar één probleem verhindert dat deze formidabele technologie doorbreekt: om in deze items te worden geïntegreerd, moeten zonnecellen opvouwbaar zijn, herhaaldelijk buigen zonder te breken. Traditionele geleidende materialen die in zonnecellen worden gebruikt, missen flexibiliteit, wat een enorm obstakel vormt bij het ontwikkelen van volledig opvouwbare cellen.
Een belangrijke vereiste voor een efficiënte opvouwbare geleider is het vermogen om de buigdruk binnen een zeer kleine straal te weerstaan, terwijl de integriteit en andere gewenste eigenschappen behouden blijven. Kortom, een dun, flexibel, transparant en veerkrachtig geleidermateriaal is nodig. Professor Il Jeon van de Pusan National University, Korea, legt uit: “In tegenstelling tot louter flexibele elektronica zijn opvouwbare apparaten onderhevig aan veel hardere vervormingen, met vouwradii zo klein als 0,5 mm. Dit is niet mogelijk met conventionele ultradunne glassubstraten en metaaloxide. transparante geleiders, die flexibel kunnen worden gemaakt maar nooit volledig opvouwbaar. “
Gelukkig heeft een internationaal team van onderzoekers, waaronder prof. Jeon, een oplossing gevonden in een studie gepubliceerd in Advanced Science . Ze identificeerden een veelbelovende kandidaat om aan al deze vereisten te voldoen: enkelwandige koolstof nanobuisjes (SWNT) films, vanwege hun hoge transparantie en mechanische veerkracht. Het enige probleem is dat SWNT’s moeite hebben om zich aan het substraatoppervlak te hechten wanneer er kracht op wordt uitgeoefend (zoals buigen) en dat chemische doping vereist is. Om dit probleem aan te pakken, hebben de wetenschappers de geleidende laag in een polyimide (PI) -substraat ingebed en de lege ruimtes in de nanobuisjes opgevuld.
Om maximale prestaties te garanderen, hebben ze het resulterende materiaal ook “gedoteerd” om het geleidingsvermogen te verhogen. Door kleine onzuiverheden (in dit geval onttrokken elektronen aan molybdeenoxide) in de SWNT-PI nanocomposietlaag te introduceren, is de energie die nodig is voor elektronen om over de structuur te bewegen veel kleiner en kan er dus meer lading worden gegenereerd voor een bepaalde hoeveelheid stroom. .
Het resulterende prototype overtrof de verwachtingen van het team ver. Met een dikte van slechts 7 micrometer vertoonde de composietfilm een uitzonderlijke buigvastheid, bijna 80% transparantie en een energieomzettingsrendement van 15,2%, het hoogste ooit bereikt in zonnecellen met geleiders van koolstofnanobuisjes! Zoals prof. Jeon opmerkte: “De verkregen resultaten behoren tot de beste van de resultaten die tot dusver zijn gerapporteerd voor flexibele zonnecellen, zowel in termen van efficiëntie als mechanische stabiliteit.”
Met deze nieuwe doorbraak in de technologie voor het oogsten van zonne-energie, kan men zich alleen maar voorstellen hoe de volgende generatie zonnepanelen eruit zullen zien.