НИИИТ
Научно-исследовательский институт инновационных технологий
Печатная электроника
Лаборатория печатной электроники
Генератор идей
Если у Вас есть идеи по
применению печатной электроники,
напишите нам об этом
Отправить

Солнечная энергетика

Гибкие солнечные элементы, в сравнении с «классическими» кристаллическими элементами обладают как недостатками (основной из которых – меньший коэффициент преобразования солнечного света), так и неоспоримыми преимуществами. Преимущества легкости, гибкости и сжимаемости, прозрачности, низкотемпературной технологии нанесения на различные основания и другие позволяют говорить о широком классе применений и универсальности таких солнечных элементов. Ведь при такой технологии из любой стены, окна, куртки, крыши машины или другой поверхности можно сделать солнечный элемент. А рулонные технологии позволяют производить такие элементы целыми катушками, которые достаточно просто раскатать на крыше дома. Описание всех подобных применений, общих требований к технологии, основаниям и материалам, параметрам, получаемым на выходе, прочих важных и интересных подробностях Вы найдете в данном разделе.

Подробнее

Солнечная батарея состоит из набора фотоэлементов. Фотоэлемент представляет собой полупроводниковое устройство, которое преобразует энергию солнца в электрический ток, представлен на рисунке ниже.

Гибкий полимерный фотоэлемент

Полимерные гибкие солнечные батареи, выполненные по печатной технологии – это пленка, которая состоит из активного слоя (полимера), электродов из алюминия и прозрачного ITO, гибкой органической подложки и защитного слоя. 
Достоинством таких фотоэлементов можно считать компактность, легкость и гибкость. Основным недостатком, как уже отмечалось, является их низкий КПД. Максимальное значение КПД полимерных элементов, которого удалось добиться при освещенности 0,2 ватта на см2 это 6,5%. У лучших кремниевых элементов это значение достигает более 40%. Но такая оценка верна лишь отчасти. Указанные значения преобразования солнечной энергии для кремниевых элементов достижимы для малых партий и лабораторных образцов. Предлагаемые на рынке изделия имеют коэффициент преобразования солнечного света в пределах 15%. Разница в 2 раза довольно существенна, но динамика развития «классических» элементов замедляется, а гибкие печатные солнечные батареи продолжают активно совершенствоваться. Совсем недавно появилась новость, что одна из фирм изготовила органическую солнечную ячейку с коэффициентом преобразования солнечной энергии 12%, пример этой ячейки приведен на рисунке. Это позволяет надеяться на то, что в ближайшие годы коэффициент преобразования гибких печатных фотоэлементов станет соизмерим с аналогичными параметрами кремниевых элементов и такие изделия станут доступны на рынке.

Органический солнечный элемент. Источник: Heliatek

В сравнении с кремниевыми батареями, гибкость полимерных батарей является одним из преимуществ, позволяющих говорить о больших перспективах для их применения. Пример подобной батареи приведен на рисунке. Такие батареи могут наноситься на различные поверхности – от крыш и окон домов, до ткани одежды и сумок. При этом, как показано на рисунке ниже, такую батарею можно не только изгибать, но и складывать как гармошку. Описанные технологии, в комплексе с возможностями складывания, создают широкие возможности для использования данных изделий в космической и портативной аппаратуре питания. 

Гибкие солнечные батареи (в процентах указана величина деформации относительно исходного размера)

Основная задача для широкого внедрения гибких фотоэлементов – это создание технологии массового производства солнечных батарей с минимизацией их стоимости и увеличением КПД преобразования солнечной энергии. 
Для изготовления печатных солнечных батарей в массовом производстве оптимальной является рулонная технология (Roll-to-roll). Блок-схема технологического процесса изготовления гибких солнечных элементов по рулонной технологии представлена на рисунке. Пример одной из секций такой установки приведен на рисунке ниже.

Схема рулонного технологического процесса изготовления печатного солнечного элемента

Одна из секций устройства рулонной печати

В результате рулонной печати солнечной батареи будет сформирована фотопреобразующая структура на основании с защитным (инкапсулирующим) слоем. Реализация одной из таких батарей на алюминиевом основании приведена на рисунке. Суммарная толщина слоев, нанесенных на алюминиевое основание, не превышает 2 мкм. 

Пример структуры солнечного элемента, реализованного по рулонной технологии (CIGS – соединение меди, индия, галия и селенида; ФВ пленка – фотовольтаическая пленка)

Технология позволяет изготавливать опытные и серийно выпускаемые на рынок образцы солнечных батарей, примеры некоторых из них приведены на рисунке ниже. Это не крупносерийное производство, как в случае с «классическими» кремниевыми элементами. Но технология развивается и стоит надеяться на скорую доступность солнечных батарей, выполненных по рулонной печатной технологии.

Примеры печатных солнечных батарей

Гибкие печатные солнечные батареи должны в ряде применений стать заменой кремниевым кристаллическим элементам и существенно уменьшить массо-габаритные характеристики панелей, упростить процесс создания и эксплуатации таких изделий. Возможность формирования в одном процессе целиком солнечного элемента позволяет расчитывать на создание в ближайшем будущем изделий с независимым энергопитанием. В комплекте с гибкими печатными батареями возможности технологии существенно увеличиваются. 

Статьи по теме
Новые горизонты солнечной энергетики
Новые горизонты солнечной энергетики
В данной статье мы более подробно рассмотрим сами солнечные элементы, сравним «классические» кристаллические элементы и полимерные, с помощью которых удается достигнуть гибкости и легкости конечных изделий. Диапазон применений таких батарей позволяет говорить о новых нишах их применений.Солнечная энергетика, Солнечные элементы )
скачать в формате pdf
Фотоэлементы на основе пластика
Фотоэлементы на основе пластика
На настоящем этапе развития человечества проблема получения достаточного количества энергии является одной из основных глобальных проблем. Беспрецедентно растущие цены на сырьевые энергоресурсы заставляют предпринимателей и даже целые страны стремиться к энергетической независимости.Солнечная энергетика, Солнечные элементы )
скачать в формате pdf
Какие барьеры преодолеют печатные солнечные элементы
Какие барьеры преодолеют печатные солнечные элементы

В статье «Новые горизонты солнечной энергетики» (информационный бюллетень «Поверхностный монтаж» № 2 (99), март 2013) были рассмотрены общие перспективы и специфика развития солнечной энергетики. В данной статье мы более подробно рассмотрим сами солнечные элементы, сравним «классические» кристаллические элементы и полимерные, с помощью которых удается достигнуть гибкости и легкости конечных изделий. Диапазон применений таких батарей позволяет говорить о новых нишах их применений.

Солнечная энергетика, Солнечные элементы )
скачать в формате pdf
Новости по теме
26 Декабря 2013
Ученые из Solliance, международного союза исследований солнечных батарей из тонких пленок, создали первую в мире органическую фотовольтаическую батарею (OPV), которая изготовлена только струйными методами печати. Процесс, позволяющий создавать гибкие ячейки, основания и структуры, идеален для разработки продуктов и прототипирования. Более того, позволяет создавать эффективное, легко перенастраиваемое производство.Солнечная энергетика, Струйная печать, Солнечные элементы )
24 Декабря 2013
Испанские ученые создали полупрозрачные солнечные аккумуляторы на основе совершенно тонких пленок из органического аналога так называемого минерала перовскита.Солнечная энергетика )
27 Ноября 2013
Хотя некоторых людей уже сложно представить без смартфонов, в ближайшем будущем может появиться еще более удобная, носибельная электроника на солнечной энергии.Солнечная энергетика )
19 Ноября 2013
Мерцающие фасады, изогнутые мониторы, сверкающая одежда, флуоресцентные обои, гибкие солнечные батареи - и все это напечатано на принтере. Звучит как отрывок из фантастической книги, но ученые уверены, что в ближайшем будущем все это станет реальностью - благодаря новому процессу печати для органических светодиодов.Солнечная энергетика, Струйная печать, OLED )