Ohuet ja joustava aurinkokennot

 

Massatuotantoon soveltuvaa rullalta rullalle (R2R) painatusteknologiaa voi käyttää erittäin ohuiden ja kevyiden joustavien aurinkokennojen valmistamiseen. Niiden koko, muoto ja sähköntuotantokyky ovat täysin räätälöitävissä lopullisen laitteen tarpeisiin.

Ohutkalvoaurinkokennoilla, jotka keräävät valoenergiaa ja muuntavat sitä sähköksi, on runsaasti sovelluksia itsenäisinä energianlähteinä niin sisä- kuin ulkokäytössäkin. Aurinkoenergia on ainoa uusiutuvan energian muoto, joka pystyy tarjoamaan aidosti itsenäisen energianlähteen muuntamalla valoa suoraan sähköenergiaksi aurinkokennoteknologian avulla. Valoenergia on ilmaista ja sitä on runsaasti saatavilla sekä sisä- että ulkotiloissa. Toimistoissa, supermarketeissa, messuhalleissa ja teollisuuslaitoksissa valot palavat jatkuvasti – tätä energiaa voisi hyödyntää huomattavasti enemmän kuin nykyään tehdään. Lisäpotkua valoenergian kerääjien ja niiden valmistustekniikoiden kehitystyöhön antavat myös riippuvuutemme helposti, "tässä ja nyt", saatavilla olevista energianlähteistä matkapuhelimiemme ja kannettavien tietokoneidemme lataamista varten, halumme käyttää elektronisia latteita langattomasti sekä universaali halumme liikkua yhä vapaammin.

R2R-valmistusprosessit tarjoavat huomattavia etuja

VTT:llä ohutkalvokennosektorin painopistealueena ovat olleet orgaaniset ja polymeerikennot lähinnä siksi, että orgaanisten kennojen kaikki kerrokset voidaan valmistaa  liuosprosessina normaalissa ympäristössä ja huonelämpötilassa R2R-painatus- tai pinnoitustekniikoita käyttäen. Näin ollen orgaanisten kennojen valmistuksessa ei tarvita höyrypäällystystä, pitkiä imeytysaikoja tai korkeita lämpötiloja. Muihin ohutkennotekniikoihin verrattuna orgaanisten kennojen etuja ovat siis:

  • Kennot ovat joustavia, kevyitä ja erittäin ohuita (yhteensä ~200 µm)
  • Jos kennot painetaan (eikä pinnoiteta), niissä voi käyttää rajattomasti kuviointeja ja muotoja, ja ne ovat näin ollen täysin vapaasti suunniteltavissa
  • Sekä pieni- että suurialaiset moduulit mahdollisia – räätälöity sähköntuotantokyky
  • Tuotanto on edullista
  • Ympäristön kestävä kehitys

Suunnittelun vapaus antaa tilaa luovuudelle

Painatusmenetelmien käyttäminen kaikkien polttokennostoon tulevien kerrosten tekemiseen mahdollistaa kaikkien kerrosten suoran kuvioimisen ja siten kennon, ja lopulta koko moduulin, painamisen halutun muotoisena ilman lisäprosessoinnin tarvetta. Eri muotoiset yksittäiset kennot voi yhdistää sarjaan tai rinnakkain halutunlaiseksi kuvioksi suunnitellun esteettisen vaikutelman ja käyttöarvon aikaansaamiseksi sekä vaadittavan sähköntuotantokyvyn tuottamiseksi (jännite/virta). Orgaanisten kennojen suunnittelu ei siis ole pelkästään esteettisen arvon lisäämiseen tähtäävää toimintaa, vaan se mahdollistaa moduulien sijoittamisen elektronisen laitteen sisään siten, ettei tämä rajoita laitteen suunnittelua. Tämä avaa täysin uusia markkinoita painetuille orgaanisille kennoille.

Esimerkkinä vähemmän perinteisestä korkean lisäarvon loppukäytöstä voidaan mainita VTT:n äskettäin esittelemä energiaomavarainen koristeellinen läsnäolotunnistin, johon on käytetty orgaanisia kennomoduuleja. Järjestelmän lehdet keräävät energiaa sisätilan valosta "maalaukseen" kätkettyjen erilaisten läsnäolotunnistimien virran tuottamiseen. Sisävalaistuksen määrää säädellään kyseisen järjestelmän keräämän ja langattomasti välittämän tiedon perusteella ja energiaa säästyy 40-60 % ei-älykkääseen valaistukseen verrattuna. Esittelyjärjestelmä kuvastaa niitä lukemattomia vapaan suunnittelun mahdollisuuksia, joita painetut, joustavat ja suunnittelun pohjalta tehdyt aurinkokennot ja vastaava elektroniikka tarjoavat tämän kaltaisissa loppukäyttösovelluksissa.

Kohti älykkäitä järjestelmiä

VTT:n tulevia painopistelueita ovat orgaanisten kennojen integrointiratkaisujen kehittäminen sekä nykyisen ohutkenno- ja hybridi-integrointia koskevan mittavan osaamisen soveltaminen perinteiseen elektroniikkaan. Loppukäytöstä riippuen moduulit voi yhdistää laitteeseen suoraan tai varastointijärjestelmän kautta. Lisäksi säätelyjärjestelmien kehittyminen tuo järjestelmiin lisää älykkyyttä ja esimerkiksi muoviset muotissa valetut tuotteet tarjoavat uusia mahdollisia kehityssuuntia.

VTT on yhteistyökumppaninanne, kun kehitetään valoenergian keräämistä itsenäiseksi energianlähteeksi ja energian varastointijärjestelmiä vaatimustenne mukaan läpi koko arvoketjun, aina R2R-prosessointiin käytettävien materiaalien kehittämisestä ja moduulisuunnittelusta liiketoimintamallin kehittämiseen ja alkuvaiheen koemarkkinointiin asti. Voimme auttaa teitä löytämään yhteistyökumppaneita arvoketjun kaikkiin vaiheisiin.

 

Painetun elektroniikan pilotympäristö

VTT tarjoaa ainutlaatuisen painetun elektroniikan rullalta rullalle -pilotointivalmistusympäristön asiakkaidensa käyttöön. 

Lue lisää »