Japanische Papierkunst Inspiriert Sonnenverfolgung Von Solarzellen

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Wissenschaftler haben eine dünne solarzelle geschaffen, die von der japanischen papierschneidkunst kirigami inspiriert ist. Es ist in der lage, die sonne auf eine viel einfachere und elegantere weise zu verfolgen als herkömmliche solaranlagen mit großen motorisierten teilen.

Japanische Papierkunst wird normalerweise verwendet, um zierliche gefaltete Kräne und Schneeflocken aus Papier zu erzeugen, aber jetzt nutzen sie die Forscher, um Innovationen in der Energiewelt anzuregen.

Wissenschaftler der University of Michigan in Ann Arbor (UM) haben die uralte Kunst des Papierschneidens, bekannt als Kirigami, genutzt, um eine einzigartige Dünnschichtsolarzelle zu schaffen, die eine Methode der Verfolgung der Sonne verwenden kann, die als optisches Tracking bezeichnet wird. Diese Bewegungen ermöglichen es der Zelle, im Laufe des Tages mehr Energie von der Sonne aufzunehmen.

Die Idee wurde ursprünglich von Matt Shlian geschürt, einem der Autoren der neuen Studie und Professor an der School of Art and Design der University of Michigan. Shlian hatte mit Möglichkeiten experimentiert, Kirigami und Origami in das Design für neue Technologien zu integrieren. [Top 10 Erfindungen, die die Welt verändert haben]

"Das Problem der Nachverfolgung der Sonne ist seit Jahren und Jahren da", sagte der Hauptautor der Studie, Max Shtein, Professor an der UM-Abteilung für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. "Es gibt viele Möglichkeiten, um Motoren und Getriebe einzubeziehen. Diese Konstruktion soll leichter und eleganter sein."

Die neue Kirigami-Solarzelle verwendet eine Biegungsbewegung, um den Winkel ihrer Oberfläche zu ändern. Um dies zu erreichen, wird die Struktur mit einem kleinen, motorisierten Mechanismus langsam gedehnt. Strategisch platzierte Schnitte im Material ermöglichen es einem Objekt, das normalerweise starr ist, sich zu strecken und zu biegen.

"Wenn du anfängst, Dinge zu strecken, kannst du Dinge auf diese bestimmte Weise verformen", sagte Shtein gegenüber WordsSideKick.com.

Die Basis der Solarzelle besteht aus einer recht einfachen Kirigami-Struktur aus in Kapton geschnittenen Linien, einem Polyimidfilm, der flexibel ist und über einen weiten Temperaturbereich stabil bleibt (von minus 452 Grad Fahrenheit bis 752 Grad Fahrenheit oder minus 269 Grad Celsius) 400 Grad Celsius). Die Struktur des Designs setzte eine Reihe von kurzen parallelen Schnitten in den Polyimidfilm ein, die etwas nicht ausgerichtet waren, so dass die Oberseite eines Schnitts einige Zoll unter der Oberkante des anderen oder einige Zoll über ihnen liegen würde.

Kyusang Lee, Student an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, und Aaron Lamoureux, Student an der Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, arbeiteten zusammen, um das Material zu konstruieren. Ihr Verfahren verschweißt (verschmilzt ohne Wärme) die Oberseite der metallisierten Oberfläche des Halbleiters mit der metallisierten Oberfläche der Kapton-Platte, die als Träger für die Photovoltaikzellen dient. Sowohl die Kapton-Platte als auch die Photovoltaikzelle wurden in das einfache Kirigami-Muster geschnitten, da beide die gleiche Grundstruktur haben müssen, wenn sie mit atomaren Bindungen des Metalls verklebt sind.

Diese Art von Design ist weniger klobig und bietet eine kostengünstigere Methode für die optische Nachführung als herkömmliche Solarmodule, die an großen Motoren befestigt werden müssen, um die viel schwereren Paneele mit der Sonne zu bewegen, sagten die Forscher. Die von Kirigami inspirierte Solarzelle kann auch die Energieerzeugung um 20 bis 40 Prozent steigern.

"Die Idee ist, weniger Geld auszugeben und so viel Energie wie zuvor zu bekommen", sagte Shtein, "oder genauso viel Geld auszugeben und mehr Energie zu gewinnen."

Die Forscher hoffen, dass sie ihre neu konzipierte Solarzelle in naher Zukunft auf den Markt bringen können, aber diese von der Kunst inspirierte Innovation birgt das Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen, so die Wissenschaftler. Shtein fügte hinzu, dass er und seine Kollegen Anwendungen für diese Art von Designs in Filter- und elektromagnetischen Geräten wie der Funktechnik und in akustischen Instrumenten wie Tuning-Geräten prüfen.

Die detaillierten Ergebnisse der Studie wurden am 8. September in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

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