هدف Active Surfaces نصب پنل های خورشیدی پوسته و چسبان در همه جا | اخبار MIT

Active Surfaces، یک استارت آپ مبتنی بر فناوری های انرژی خورشیدی که ریشه در تحقیقات MIT دارد، به خوبی در راه توسعه چیزی است که یکی از بنیانگذاران Richard Swartwout SM ’18, PhD ’21 آن را “سولار 2.0” می نامد. فناوری این شرکت در پاسخ به نیازی است که Swartwout در حین مشاهده چالش های انرژی در هند در طی یک دوره کمک هزینه تحصیلی MIT Energy Initiative (MITEI) به رسمیت شناخته شد.

طی دو سال گذشته، این شرکت بیش از 10 میلیون دلار سرمایه خطرپذیر، سرمایه‌گذاری شرکتی و کمک‌های بلاعوض دولتی جمع‌آوری کرده است، که اخیراً در ماه اکتبر سرمایه‌گذاری از سوی شرکت برق مستقر در توکیو Electric Power Development Co. Active Surfaces نیز سایت توسعه تولید فعلی خود را افتتاح کرد – یک زمین به مساحت 5000 فوت مربع – که اکنون در ماساچوست پر شده است. با چاپگرهای رول به رول صنعتی و سایر تجهیزات قبل از اینکه تجهیزات برای اولین کارخانه تولیدی در مقیاس تجاری در نوع خود بزرگ شوند، از نظر هزینه بهینه می شوند.

بر اساس بیش از 10 سال تحقیق MIT و ثبت اختراعات حاصل – سه مورد توسط Swartwout – همکاران در Active Surfaces رویکرد جدیدی را برای انرژی خورشیدی ایجاد کرده اند. به جای سیلیکون، فناوری «خورشیدی 1.0» که امروزه غالب است، سلول‌های خورشیدی آنها از پروسکایت ساخته شده‌اند، دسته‌ای از مواد ارزان، فراوان، سبک، انعطاف‌پذیر و در جذب و انتشار نور بسیار کارآمد هستند.

Swartwout می‌گوید: «ما باید به فکر مکان‌های بیشتر و بیشتری برای نصب انرژی خورشیدی باشیم، و باید هزینه‌های ساخت و نصب آن را به‌طور چشمگیری کاهش دهیم.» Active Surfaces اکنون در حال طراحی فناوری خورشیدی است که بتواند این اهداف را برآورده کند.

در سال‌های اخیر، صاحبان خانه‌ها، شرکت‌های برق و سایرین سیستم‌های مبتنی بر سیلیکون را اتخاذ کرده‌اند و در سال 2024 ظرفیت نصب‌شده خورشیدی در سراسر جهان از 2 تراوات فراتر رفت. با این حال، برخی کارشناسان بر این باورند که تا سال 2050، جهان به 20 تراوات ظرفیت نصب شده خورشیدی نیاز خواهد داشت تا بتواند تقاضای فزاینده برق را برآورده کند و همچنین انتشار کربن را نیز کاهش دهد.

یک هدف دیرینه

فناوری سیلیکون برای هدف اصلی خود – تولید الکتریسیته برای فضاپیمای اولیه ناسا – و بعداً برای راه‌اندازی ابزار در مکان‌های دورافتاده خوب بود. مهم نیست که سلول های خورشیدی سیلیکونی شکننده هستند و برای پشتیبانی از آنها به قفسه های سنگین نیاز دارند. Swartwout برای اولین بار در طول سفری که به هند برای مشاهده چالش های انرژی در مناطق دور افتاده در سال 2016 به عنوان بخشی از کمک هزینه تحصیلی خود از مرکز فناوری و طراحی تاتا MITEI انجام داد، از محدودیت های خورشیدی سیلیکونی آگاه شد. در صحبت با ساکنان، Swartwout مکررا شنید که مردم به منابع برق خورشیدی اعتماد ندارند زیرا پانل های شکننده “در این نوع مکان ها خیلی زودرس می شوند.”

Swartwout و Shiv Bhakta MBA ’24، SM ’24 با انگیزه آن تجربه اولیه، به علاوه نیاز به رشد سریع جهانی در تولید خورشیدی، Active Surfaces را در سال 2022 بنیان گذاشتند. این جفت ترکیبی غیرعادی از تخصص را ارائه می دهد: Le Bhakta، مدیر عامل و سابق شرکت Opera، برنامه های مهندسی عمران و محیط زیست جهانی را از طریق برنامه های مهندسی استراتژیک و کسب و کار جهانی به دانشجویان ارائه می دهد. Swartwout، CTO و دانشجوی سابق مهندسی برق و علوم کامپیوتر، یک دهه را در MIT گذراند و روی تحقیق و توسعه خورشیدی و نوآوری الکترونیک چاپی کار کرد.

گروه‌های تحقیقاتی دیگر با پروسکایت‌ها کار کرده‌اند، اما امیدوارکننده‌ترین ترکیب‌ها و تکنیک‌های ساخت سمی بودند و مدیریت سمیت آن‌ها، تولید در مقیاس بزرگ را غیرعملی کرد. فرآیند سطوح فعال در عوض از جوهر پروسکایتی جدید استفاده می کند که کاملاً از اجزای غیر سمی تشکیل شده است. لایه‌هایی از مواد الکترونیکی بر روی یک بستر نازک قرار می‌گیرند و یک الکترود بر روی سطح قرار می‌گیرد تا یک ماژول بسازد. سپس ماژول های خورشیدی با استفاده از یک اپوکسی که در عرض چند ثانیه در زیر یک لامپ فرابنفش خشک می شود از محیط محافظت می شوند. این ماژول که اکنون به ضخامت 15 میکرون نازک است، می تواند به راحتی به هر سطحی متصل شود.

فیلم خورشیدی تمام شده به اندازه سطح معادل سلول سیلیکونی الکتریسیته تولید می کند و دوام تایید شده در دماها و رطوبت واقعی بیش از 10 سال است. نصب فیلم خورشیدی سبک و از نظر مکانیکی قوی آسان است – مزیتی که هزینه کلی را در مقایسه با هزینه خورشیدی سیلیکونی کاهش می دهد. برای یک سیستم سیلیکونی معمولی روی پشت بام، نیمی از کل هزینه اغلب برای نصب است. Swartwout می‌گوید: «این به این دلیل است که آن پانل‌ها به گونه‌ای طراحی نشده‌اند که به راحتی از طریق ساخت و ساز عمومی مستقر شوند. “یک پنل خورشیدی منعطف بسیار بیشتر با نحوه ساخت و ساز ما مطابقت دارد. برای قرار دادن آن بر روی سقف خود، آن را باز می کنید، همانطور که یک شینگ آسفالت یا غشای سقف را باز می کنید.”

علاوه بر این، فیلم‌های انعطاف‌پذیر را می‌توان با یک روش تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه به نام ساخت رول به رول ساخت، که در آن مواد به‌طور مداوم از یک قرقره باز می‌شوند و روی دیگری می‌پیچند. ماشین‌ها با سرعت بالا کار می‌کنند و سرمایه‌گذاری مورد نیاز کم است. در نتیجه، Swartwout می‌گوید، «مزایای زیادی برای تولید متمرکز وجود ندارد، بنابراین می‌توانید به یک مدل تولید توزیع‌شده فکر کنید». این مشکل دیگری را با فناوری خورشیدی سیلیکونی فعلی حل می‌کند: چین اکنون تقریباً تمام سلول‌های خورشیدی را تولید می‌کند، و به گفته Swartwout، “بسیاری از کشورها نمی‌خواهند زنجیره‌های تامین انرژی خود را کاملاً به چین وابسته کنند. با فناوری ما، می‌توانید تولید محلی را به صورت منطقه‌ای انجام دهید… بیشتر شبیه بازار خودرو امروزی.”

بزرگ شدن اما قطع نکردن رابطه

Swartwout می گوید در حالی که فیلم های Active Surfaces هنوز در اندازه کامل نیستند، اما به سرعت در حال رشد هستند. ظرف سه ماه، محصول ما از مقیاس آزمایشگاهی به 6 اینچ در 6 اینچ رسید، و سپس ظرف چهار ماه دیگر، از آن اندازه به 6 اینچ در 2 فوت رسید – بزرگترین اندازه ای که ماشین های فعلی ما می توانند پردازش کنند. اما، او می افزاید، نمونه 6×6 “نماینده حداقل فرآیند تولید قابل دوام است.”

این شرکت به حفظ روابط نزدیک خود با MIT ادامه می دهد. چندین استاد MIT در میان مشاوران این استارت آپ هستند. و این شرکت تنها در 15 مایلی MIT واقع شده است، بنابراین کارکنان اغلب در MIT.nano هستند، به ویژه برای استفاده از ابزارهای بازرسی مانند میکروسکوپ های الکترونی روبشی و گاهی اوقات برای استفاده از امکانات ساختی که در آزمایشگاه خودشان موجود نیستند. بعلاوه، این استارت‌آپ گاهی اوقات حامیان مالی در MIT.nano کار می‌کنند، به‌ویژه زمانی که نیاز به توسعه نسل بعدی در یکی از پتنت‌های MIT دارند. Swartwout رابطه استارتاپ و MIT را “هم افزایی خوب” می نامد و اظهار می کند که آنها Active Surfaces را “با در نظر گرفتن این موضوع” راه اندازی کردند.

Swartwout نسبت به آنچه که برای Active Surfaces در پیش است خوشبین است. ما فکر می‌کنیم که بازار واقعاً بزرگی داریم. بنابراین سرمایه اولیه که سرمایه‌گذاران ما متعهد می‌شوند ارزش رشد مرحله نهایی را دارد. [our technology] در واقع می تواند برای چشم انداز انرژی آینده به عنوان یک کل مفید باشد.”