Mae MIT yn datblygu celloedd solar tra-denau
Dec 16, 2022
Ynni solar yw ffynhonnell ynni fwyaf helaeth y byd a gall datblygu celloedd solar effeithlon a sefydlog liniaru'r argyfwng ynni byd-eang yn sylweddol, ac mae technoleg celloedd solar yn cael ei weld fel piler allweddol y trawsnewid ynni glân. Yn y dyfodol, bydd celloedd solar yn chwarae rhan gynyddol bwysig mewn datblygiad technolegol a bywyd cynhyrchu, nid yn unig ar gyfer toeau a ffermydd solar, ond hefyd ar gyfer pweru peiriannau awyrofod awtomataidd megis awyrennau a lloerennau.
Ynghyd â datblygu prosesau gweithgynhyrchu ar gyfer cydrannau electronig lled-ddargludyddion, mae'r byd wedi gweld llawer iawn o ymchwil i gelloedd solar, ac ystod eang o dechnolegau gweithgynhyrchu. Ymhlith y rhain, mae celloedd solar celloedd uwch-denau yn dal addewid unigryw yn y maes hwn oherwydd gellir eu cymhwyso i amrywiaeth o arwynebau afreolaidd, crwm neu fel arall yn anaddas, a gallant leihau'r defnydd o ddeunyddiau a gofynion gweithgynhyrchu, gan leihau costau'n uniongyrchol.
Mewn papur diweddar a gyhoeddwyd yn rhifyn diweddaraf y cyfnodolyn Small Methods, dywed peirianwyr yn Sefydliad Technoleg Massachusetts (MIT) eu bod wedi datblygu cell solar uwch-denau a all droi unrhyw arwyneb yn ffynhonnell pŵer yn gyflym ac yn hawdd. Mae'r gell solar, sy'n deneuach na gwallt dynol ac yn cadw at ddarn o ffabrig, yn pwyso dim ond canfed ran o banel solar confensiynol ond yn cynhyrchu 18 gwaith yn fwy o drydan fesul cilogram a gellir ei integreiddio i hwyliau cychod, pebyll rhyddhad trychineb a tharps, adenydd dronau ac arwynebau amrywiol adeiladau.
Mae gosodiad solar to nodweddiadol ym Massachusetts tua 8,000 wat," meddai Mayuran Saravanapavanantham, cyd-awdur yr erthygl. Er mwyn cynhyrchu'r un faint o drydan, dim ond tua 20 kg (44 pwys sydd ei angen ar ein PV ffabrig ) i'w ychwanegu at do tŷ."
Creu celloedd solar tra-denau
Ceisiodd y tîm MIT y tu ôl i'r dechnoleg adeiladu ar ei ddatblygiadau blaenorol mewn gwyddor deunyddiau, a chwblhaodd gell solar uwch-denau yn 2016 sy'n ddigon trwm i eistedd ar swigen sebon heb dorri. Mae technegau traddodiadol ar gyfer gweithgynhyrchu celloedd solar yn gofyn am siambrau gwactod a dulliau dyddodi anwedd drud. Y tro hwn, i ehangu'r dechnoleg, mae gwyddonwyr wedi troi at nanoddeunyddiau y gellir eu hargraffu yn seiliedig ar e-inc i symleiddio'r broses.

Celloedd solar tenau iawn
Mewn ystafell nano-lân, defnyddiodd yr ymchwilwyr coater allwthio i adneuo haenau o ddeunydd nano-electronig ar swbstrad 3 micron o drwch, ac yna argraffu sgrin i argraffu'r electrodau a chwblhau'r modiwl solar, ac yna plicio'r modiwl printiedig, sydd tua 15 micron o drwch, oddi ar y swbstrad plastig i ffurfio modiwl dyfais solar uwch-ysgafn. Ond mae'r modiwl solar main hwn sy'n sefyll ar ei ben ei hun yn anodd ei drin ac yn rhwygo'n hawdd, gan ei gwneud hi'n anodd ei ddefnyddio.
Felly pliciodd yr ymchwilwyr y modiwl a'i gludo i swbstrad ffabrig a oedd yn darparu'r cryfder mecanyddol sydd ei angen i atal rhwygo. Mae'r swbstrad ysgafn, hyblyg, yn seiliedig ar y deunydd cyfansawdd Dyneema, yn pwyso dim ond 13 gram y metr sgwâr a gall gadw celloedd solar ato. Trwy ychwanegu haen o gludiog halltu sydd ond ychydig o ficronau o drwch, gellir bondio'r modiwlau solar â Dyneema, gan arwain at strwythur solar uwch-ysgafn a chadarn.
Perfformiad rhagorol a rhagolygon ymgeisio eang
Mae'r system ffabrig-ffotofoltäig gwydn hon yn 50 micron o drwch ac yn pwyso llai nag 1 gram o arwynebedd modiwl (sy'n cyfateb i ddwysedd arwynebedd o 105 g/m2). Mae profion arbrofol wedi dangos y gall y celloedd solar tra-denau annibynnol gynhyrchu 730 wat y cilogram, ac os ydynt wedi'u bondio â ffabrig "Power Horse" cryfder uchel, gallant hefyd gyflawni pŵer penodol o 370 wat y cilogram, 18 gwaith celloedd solar confensiynol. Mae integreiddio'r modiwlau tra-denau i'r ffabrig cyfansawdd yn eu gwneud yn fecanyddol hyblyg ac mae'r systemau ffotofoltäig ffabrig hyn yn cadw eu perfformiad ar ôl 500 o gylchoedd rholio i fyny, gyda dros 90 y cant o'u gallu cynhyrchu pŵer cychwynnol. Yn ogystal, gellir ymestyn y dull cynhyrchu celloedd hwn i gynhyrchu celloedd hyblyg gydag ardaloedd mwy.

Darlun: modiwl OPV a dyfais Parylene ar wahân. A) Ffotograff o'r modiwl OPV gorffenedig ar swbstrad PET. B) Nodweddion foltedd cerrynt y ddyfais reoli (PET-IMI, PET-AgNW) a Parylene ar y ddyfais PET cyn ac ar ôl datgysylltu oddi wrth y cludwr PET.
Mae celloedd solar tra-denau wedi rhoi hwb i chwilio am ffynonellau pŵer amgen. Oherwydd bod y celloedd solar hyn mor denau ac yn ysgafn, gellir eu gosod ar lawer o wahanol arwynebau. Er enghraifft, gellir eu hintegreiddio i hwyliau cychod i ddarparu pŵer ar y môr, glynu wrth bebyll a tharps a ddefnyddir mewn gweithrediadau adfer ar ôl trychineb, neu eu gosod ar adenydd dronau i ymestyn eu hystod hedfan. Gall y dechnoleg solar ysgafn hon hefyd gael ei hintegreiddio'n hawdd i'r amgylchedd adeiledig a gallai gael effaith sylweddol ar ddyluniad ac adeiladu'r diwydiant adeiladu yn y dyfodol. Yn ogystal, gall y celloedd solar cludadwy hyn gael eu pweru fel strwythurau pŵer gwisgadwy wrth fynd, neu gellir eu cludo a'u defnyddio'n gyflym mewn ardaloedd anghysbell i ddarparu cymorth mewn sefyllfaoedd brys.
Heriau'r dyfodol
Dywed yr ymchwilwyr, er bod eu celloedd solar yn ysgafnach ac yn fwy hyblyg na chelloedd confensiynol, mae angen eu gorchuddio mewn deunydd arall i'w hamddiffyn rhag yr amgylchedd. A gellir newid y deunydd organig sy'n seiliedig ar garbon a ddefnyddir i wneud y celloedd hyn trwy ryngweithio â lleithder ac ocsigen yn yr aer, a allai leihau perfformiad y celloedd.

Llun: Celloedd solar tra-denau dan brawf
Yn ôl Jeremiah Mwaura, gwyddonydd ymchwil yn Labordy Ymchwil Electroneg MIT, byddai amgáu'r celloedd solar hyn mewn gwydr trwm, fel sy'n arfer safonol ar gyfer celloedd solar silicon traddodiadol, yn lleihau gwerth y datblygiadau cyfredol, felly mae'r tîm ar hyn o bryd yn datblygu pecynnau uwch-denau atebion i fynd i'r afael â diraddio'r celloedd o effeithiau amgylcheddol, a fyddai'n ychwanegu dim ond ychydig o'r pwysau dyfeisiau hynod ysgafn.
Ychwanegodd Jeremiah Mwaura: "Rydym yn ceisio cael gwared â chymaint o ddeunydd gweithredol nad yw'n haul â phosibl, tra'n dal i gadw ffurf a pherfformiad y strwythurau solar uwch-ysgafn a hyblyg hyn. Rydym yn gwybod, er enghraifft, y gall y broses weithgynhyrchu fod ymhellach. wedi'i symleiddio trwy argraffu swbstradau y gellir eu rhyddhau, sy'n cyfateb i'r broses a ddefnyddiwn i wneud yr haenau eraill yn ein dyfeisiau. Bydd hyn yn cyflymu'r broses o gyfieithu'r dechnoleg hon i'r farchnad."
Wrth i lefel gwyddoniaeth a thechnoleg barhau i ddatblygu, bydd darganfod a defnyddio amrywiaeth eang o ddeunyddiau, technolegau a ffynonellau ynni newydd yn sicr o barhau i yrru datblygiad cymwysiadau celloedd solar. Bydd celloedd solar tra-denau hefyd yn creu mwy o werth i gymdeithas yn y dyfodol agos.







