НОВЫЕ МАТЕРИАЛЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

[Shadow]

Установлен новый мировой рекорд эффективности солнечных батарей, 44,7%
Солнечный элемент, установивший мировой рекорд эффективности 44,7%, состоит из четырех каскадов на основе полупроводниковых соединений A3B5. Он используется в фотогальванических электрогенерирующих установках с концентраторами. ©Fraunhofer ISE
https://www.nanometer.ru/2013/10/01/solar_cell_335113/PROP_IMG_images_2/image_preview.jpeg
Вольт-амперная характеристика рекордного солнечного элемента в спектре AM1.5d ASTM G173-03 при 297-кратной концентрации. Измерение произведено лабораторией CalLab Института Фраунгофера. ©Fraunhofer ISE
https://www.nanometer.ru/2013/10/01/solar_cell_335113/PROP_IMG_images_3/image_preview1.jpeg
Внешняя квантовая эффективность четырехуровневого солнечного элемента. Измерение произведено лабораторией CalLab Института Фраунгофера. ©Fraunhofer ISE

Группа ученых из Института солнечной энергетики Фраунгофера (Fraunhofer ISE), Soitec, CEA-Leti и Берлинского центра Геймгольца заявила о достижении нового рекорда КПД преобразования энергии солнечного света в электричество с помощью новой четырехкаскадной конструкции солнечного элемента. Новый рекорд эффективности при 297-кратной концентрации солнечного света был получен после трех лет интенсивных исследований. Данный рекорд означает, что 44,7% всей солнечной энергии, от УФ диапазона до ИК, преобразуется в электрическую энергию. Это достижение является важным шагом на пути к 50-процентной эффективности и дальнейшему уменьшению стоимости электричества, полученного из энергии Солнца.

Ранее, в мае 2013 года, группа ученых из Германии и Франции уже заявляла о создании солнечного элемента с КПД 43,6%. Основываясь на этом результате, всего за 3 месяца интенсивной исследовательской работы и оптимизации КПД удалось увеличить на 1,1%.

Описанные солнечные элементы используются в фотогальванических электрогенерирующих установках с концентраторами (CPV), позволяющих более чем в 2 раза увеличить эффективность традиционных солнечных батарей за счет концентрации солнечного света на элементе. Многокаскадные солнечные элементы на основе соединений A3B5, изначально применяемые в космосе, являются сейчас самой перспективной наземной технологией для реализации высокой эффективности преобразования солнечного света в электричество. Такие многокаскадные элементы представляют собой многослойную структуру, где разные каскады сделаны из различных полупроводниковых соединений группы A3B5. Отдельные каскады поглощают разные диапазоны длин волн солнечного спектра.

По словам главы отделения и руководителя проекта в Институте Фраунгофера Франка Димрота, помимо улучшения характеристик материалов и структур ключевую роль в создании нового элемента играет технология соединения пластин (wafer bonding). Разработанный метод позволяет соединить два полупроводниковых кристалла, которые не могут быть выращены друг на друге с сохранением высокого качества решетки. Это делает возможным получение оптимального сочетания полупроводников для создания высокоэффективных солнечных батарей.

Концентрирующие модули производятся компанией Soitec (отделившейся от Института Фраунгофера в 2005 году). Эта чрезвычайно эффективная технология применяется на солнечных электростанциях в регионах с высоким процентом прямого солнечного излучения. В настоящее время установки Soitec работают в 18 странах, включая Италию, Францию, ЮАР и Калифорнию.

 

[Shadow]

Супербатарея

Как часто собираясь в дорогу мы с досадой обнаруживаем, что индикатор заряда батареи нашего электронного гаджета настоятельно рекомендует включить его в сеть для подзарядки. В свою очередь, для полной зарядки необходимо никак не меньше получаса времени, которого может и не быть. Поэтому создание устройств, сочетающих в себе высокую емкость батареи и высокую скорость зарядки/разрядки ионисторов, представляется весьма актуальной задачей. Для увеличения скоростей зарядки/разрядки необходимо решить три взаимосвязанные задачи: улучшить подвижность ионов в электролите и электроде, ускорить электрохимические реакции на электроде и понизить электрическое сопротивление на электродах и подводящих контактах.


https://www.nanometer.ru/2011/06/28/13092687773514_259933/PROP_IMG_images_1/Article_5_1.jpg
Рисунок 1. а) Схематическое изображение батареи b) Схематическое изображение основных "проблемных" мест в структуре трехмерных каркасных наноразмерных структур. с) Схематическое изображение основных стадий процесса получения композитного катода
https://www.nanometer.ru/2011/06/28/13092687773514_259933/PROP_IMG_images_2/Article_5_2.jpg
Рисунок 2. СЭМ-микрофотографии композитного катода. а) никелиевый каркас после электрохимической полировки (диаметр шариков шаблона 1,8 мкм). b) поперечное сечение композитного катода состава NiOOH/никелевый каркас. с) поперечное сечение того же материала после эксплуатации. d) никелиевый каркас после электрохимической полировки (диаметр шариков шаблона 466 нм). e) катода состава MnO2/никелевый каркас. f) катод состава MnO2/никелевый каркас после литирования.
https://www.nanometer.ru/2011/06/28/13092687773514_259933/PROP_IMG_images_3/Article_5_3.jpg
Рисунок 3. а) кривые разрядки при различных скоростях. b) кривые зарядки при постоянном потенциале (0,45 В относительно н.к.э.) и кривая разрядки при скорости 6С и постоянном потенциале после зарядки в течение различного времени. Кривая полной зарядки снята при скорости 1С.

Набравшись смелости, коллектив американских ученых из университета Иллинойса попытался решить эту непростую задачу, предложив концепецию "взаимно непрервыного" материала катода, в котором электролитически активный материал покрывает поры каркаса, обладающего высокой подвижностью электронов, а поры заполняет электролит, обладающий высокой подвижностью ионов.

В качестве исходного шаблона авторы статьи использовали шарики полистерена (радиусом 466 нм для литий-ионной батареи и 1,8 мкм для никель-металл-гидридной батареи), упакованные по мотиву структуры опала, на который методом электроосаждения был нанесен слой никеля. Меньший радиус шариков для литий-ионной батареи обусловлен более низкой подвижностью электронов и ионов в электролитически активной фазе, и следовательно, необходимостью получения более тонкого слоя электролитически-активного материала. После удаления полистеренового шаблона был получен никелевый каркас со структурой инверсного опала, отличительной чертой которой является очень тонкая прослойка металла между сферическими пустотами. Затем полученный каркас был подвергнут электрохимической полировке (для еще большего увеличения пористости и равномерного нанесения электролитически активного материала), и в заключение, поры были заполнены электролитически активным материалом (NiOOH в случае никель-металл-гидридной и MnO2 в случае литий-ионной батареи, который затем был литирован) методом электроосаждения.

Для решения основной задачи - исследования скорости зарядки и разрядки - ученые собрали трехэлектродную ячейку (насыщенный каломельный - электрод сравнения, платиновый - противоэлектрод). Было установлено, что при скорости зарядки/разрядки 305С емкость падала всего лишь на 10% (по сравнению с емкостью при скорости зарядки/разрядки 1С), а при скорости 1017С падала всего на 25%. Для сравнения, в коммерческих никель-металл-гидридных аккумуляторах при скоростях зарядки/разрядки выше 35С емкость падает катастрофически (на 98-99%). Аналогичные результаты были получены и в случае катода для литий-ионных батарей.

 

[Shadow]

Смартфоны с солнечными батареями встроенными в дисплей!
Думаю вы уже заметили тенденцию, экраны смартфонов становятся больше и разрешение дисплея достигает все новых высот, это в свою очередь прибавляет дополнительных хлопот для производителей телефонов, особенно для поддержания оптимального баланса между возможностями и сроком службы батареи. Не говоря уже о прожорливых программах и играх. Вам хватит поиграть пару часиков в iron man 3 на андроид, и вы не заметите за увлекательным шутером как ваш аккумулятор сел. Мы уже привыкли наблюдать, когда современный смартфон может проработать в активном режиме не более 10-ти часов и это стало нормой. Мы наблюдаем экспоненциальный рост в скоростях обработки данных и графических возможностях современного смартфона , в то же время замечаются только номинальные улучшения, которые были осуществлены в технологии батарей. Складывается впечатление, что производители гонятся за разрешением экранов и супер мощным процессором, оставив батарею на второстепенном плане.

https://it-cifra.com.ua/wp-content/uploads/2013/08/timthumb-600x297.jpg

Китайская корпорация TCL – которая владеет Alcatel имеет партнерские отношения с французской компанией SunPartner, придумали технологию, которая должна расширить возможности вашего смартфона с возможностью самостоятельной подзарядки – с помощью встроенных солнечных батарей. Вы наверное решили, что они впаяли в заднюю крышку огромные солнечные панели, или разговор про переносные солнечные подзарядки которыми уже ни кого не удивишь? Вместо всего этого, в компании работают над решением, которое позволило бы большие сенсорные дисплеи использовать как солнечные батареи (2 в одном). Данный проект носит названиеWysips (What You See Is Photovoltaic Surface(Что Вы Видите, на фотоэлектрической поверхности)).

В основе технологии ультра-тонкая прозрачная пленка из кристаллов, которая способна потреблять энергию как из естественных, так и искусственных источников освещения. Самое приятное в этой технологии, является то, что она может быть просто объединена с сенсорный экраном и данную пленку и никто не заметит!

Идея отличная, не правда ли. Но вынужден вас огорчить, такие телефоны мы увидим еще не скоро, это пока только будущее, данная технология находится пока на стадии разработки и тестирования, и до массового производства еще нужно немного подждать.

 

[Bon'a'part]

Солнечные батареи рулят

 

[Микки Морфин]

хорошая статья)