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Pannelli solari autoadesivi
"La batteria solare può essere incollata a qualsiasi cosa, dagli alimentatori portatili per gadget agli abiti eleganti e persino alle tute spaziali autonome degli astronauti", ha affermato Xiaolin Zheng, un articolo pubblicato su Scientific Reports.
La combinazione di elettronica a film sottile con nuovi pannelli solari aprirà opportunità per la creazione di nuovi dispositivi tecnici, e questa è solo la prima fase nello sviluppo di questa tecnologia. La tecnologia "strappo e decalcomania" può essere utilizzata in modo completamente versatile, ha assicurato il capo del team di fisici dell'Università di Stanford Xiaolin Zheng.
Zheng e persone affini hanno sviluppato e riprodotto veri e propri adesivi a batteria solare, che erano il risultato di esperimenti con film di ossido di silicio e nichel di spessore nanometrico. Gli scienziati spiegano che i pannelli solari tradizionalmente possono funzionare normalmente solo su superfici molto, molto piatte, su substrati speciali, come vetro o silicio.
Il problema è che se si utilizzano altri substrati, non funzioneranno a causa della scarsa planarità della superficie, della bassa resistenza alle alte temperature e del trattamento chimico. Questa tradizione limita notevolmente il campo di applicazione delle fonti di energia solare con un aumento simultaneo dei loro costi.
Gli sviluppatori sono riusciti a sbarazzarsi di queste carenze nelle batterie a film sottile grazie all'approccio originale. L'idea principale era quella di separare la batteria finita dal wafer di silicio in modo da poter utilizzare qualsiasi substrato, indipendentemente dalla sua planarità e rigidità.
Gli scienziati sono stati spinti dalla tecnologia per produrre grafene dai suoi scopritori Game e Novoselov. Usando una tecnica simile, Xiaolin Chzhen e colleghi hanno applicato il film di nichel più sottile (300 nm) a un wafer costituito da una miscela di ossido di silicio e silicio puro per evaporazione del fascio di elettroni.
Il passo successivo sulla risultante struttura a due strati è stato applicato alla parte attiva di una batteria solare a film sottile e uno strato di polimero protettivo per impedire il contatto della parte attiva con l'acqua. Quindi un nastro di scotch termico è stato incollato su un bordo e la piastra è stata posta a bagnomaria a temperatura ambiente.
Alcuni minuti dopo, gli scienziati hanno separato il bordo del nastro in modo che le molecole d'acqua penetrassero tra il nichel e la piastra, quindi sollevando la striscia di nastro termico, i fisici hanno completamente separato l'intero film della batteria solare risultante dalla piastra di silicio. Nella fase di completa separazione del film, gli scienziati hanno preriscaldato l'intera struttura a 90 gradi per indebolire l'adesione.
Dopo la separazione dalla piastra, il film può essere incollato alla superficie del bersaglio con la colla e la piastra stessa può essere riutilizzata per formare il successivo adesivo della batteria.
È importante notare che le celle solari a film ottenute mostrano quasi la stessa efficienza prima e dopo la separazione del film dal substrato. Le misurazioni hanno mostrato che la corrente e la tensione prima e dopo il processo di dimensionamento su una lamiera di acciaio inossidabile o su un vetro soda-calce sono indistinguibili, resta inteso che non si verificano danni durante il trasferimento dell'adesivo su qualsiasi superficie.
Le misurazioni medie degli indicatori di prestazione di oltre 20 pannelli solari con una superficie di 0,05 mq e 0,28 mq, rispettivamente, hanno mostrato efficienza = 7,4 ± 0,5% e 5,2 ± 0,1% prima del processo del compensato ed efficienza = 7,6 ± 0,5% e n = 5,3 ± 0,1% dopo il compensato. La differenza di efficienza tra celle di dimensioni diverse è dovuta all'elevata resistenza delle batterie collegate in serie.
Tuttavia, è più importante che entrambi i pannelli solari abbiano indicatori di prestazioni quasi identici prima e dopo il processo di dimensionamento, e la deviazione è solo del 5%, che è all'interno dell'errore di misurazione. Questi risultati illustrano diversi vantaggi chiave di questa tecnologia: versatilità nella scelta del substrato, alta qualità del design originale, semplicità e scalabilità del processo, nonché ulteriori risparmi sull'uso riutilizzabile di substrati di silicio originali.
Zheng afferma che tali pannelli solari possono essere incollati su qualsiasi superficie: vetro, tessuto, carta o qualsiasi altro materiale non tipico per la fotoelettronica, anche sui muri delle case. E in ogni caso, la batteria genererà la stessa quantità di elettricità dei tradizionali pannelli solari della tecnologia precedente, mantenendo un'efficienza del 7,5%.
Inoltre, l'adesivo della batteria si piega facilmente e questo non porta a guasti o a una riduzione dell'efficienza. Gli scienziati prevedono che questa straordinaria proprietà a basso costo consentirà l'uso di nuovi pannelli solari - adesivi come fonti di energia per abiti intelligenti e altri dispositivi elettronici dove la flessibilità è importante.
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