5 panel solar luar biasa masa depan

Hari ini panel solar silikon - jauh dari jalan raya untuk mengatasi tenaga cahaya matahari dan penukarannya menjadi tenaga elektrik yang berguna. Banyak karya yang masih dijalankan oleh para saintis, dan dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan lima penyelesaian luar biasa yang beberapa penyelidik moden sedang berkembang.

Makmal Tenaga Diperbaharui Kebangsaan Amerika (NREL) dibina bateri solar berdasarkan kristal semikonduktor, saiz yang tidak melebihi beberapa nanometer, ini adalah titik-titik kuantum yang dipanggil. Sampel itu sudah menjadi juara dari segi kecekapan kuantum luaran dan dalaman, masing-masing berjumlah 114% dan 130%.

Ciri-ciri ini menunjukkan nisbah bilangan pasangan elektron-lubang yang terhasil kepada bilangan kejadian foton pada sampel (kecekapan kuantiti luaran) dan nisbah bilangan elektron yang dihasilkan kepada bilangan foton yang diserap (kecekapan kuantum dalam) untuk frekuensi tertentu.

Kecekapan kuantum luaran adalah kurang daripada dalaman, kerana tidak semua foton yang diserap mengambil bahagian dalam generasi, dan beberapa kejadian foton pada panel hanya dicerminkan.

Sampel terdiri daripada bahagian-bahagian berikut: gelas dalam lapisan antirefleksi, lapisan konduktor telus, kemudian lapisan nanostructured lapisan zink oksida dan titik kuantum selenide plumbum, kemudian etaneditiol dan hidrazin, dan lapisan nipis emas sebagai elektrod atas.

Jumlah kecekapan sel tersebut adalah kira-kira 4.5%, tetapi ini cukup untuk kecekapan kuantum yang agak tinggi secara eksperimen untuk kombinasi bahan ini, dan itu bermakna pengoptimuman dan peningkatan di hadapan.

Tidak satu sel solar telah menunjukkan kecekapan kuantum luaran melebihi 100%, sementara keunikan perkembangan NREL ini terletak pada fakta bahawa setiap foton yang jatuh pada bateri menghasilkan lebih daripada satu pasangan lubang elektron pada output.

Sebab kejayaannya adalah generasi excitons (MEG) yang pelbagai, kesan pertama yang digunakan untuk mencipta bateri solar sepenuhnya mampu menghasilkan elektrik. Keamatan kesan itu dikaitkan dengan parameter bahan, dengan jurang band di semikonduktor, serta dengan tenaga foton insiden.

Saiz kristal adalah penting, kerana ia adalah dalam jumlah yang kecil bahawa titik kuantum mengehadkan pembawa caj dan boleh mengumpul tenaga yang berlebihan, jika tidak tenaga ini hanya akan hilang dalam bentuk panas.

Makmal percaya bahawa unsur-unsur berdasarkan kesan MEG adalah calon yang sangat berharga untuk tajuk penjanaan panel solar baru.

Satu lagi pendekatan luar biasa untuk mencipta sel solar telah dicadangkan oleh Prashant Kamat dari University of Notre Dame. Kumpulannya mengembangkan cat berdasarkan titik kuantum titanium dioksida yang dilapisi dengan kadmium sulfida dan kadmium selenide dalam bentuk campuran alkohol air.

Pes paste digunakan pada plat kaca dengan lapisan konduktif, kemudian dipecat, dan hasilnya adalah bateri fotovoltaik. Satu substrat yang diubah menjadi panel fotovoltaik hanya memerlukan elektrod di atas, dan mungkin untuk mendapatkan arus elektrik dengan meletakkannya di bawah sinar matahari.

Para saintis percaya bahawa pada masa akan datang ia mungkin untuk mencipta cat untuk kereta dan rumah, dan dengan itu bertukar, misalnya, bumbung rumah, atau badan kereta, dicat dengan cat khas ini, ke dalam panel suria. Inilah matlamat utama penyelidik.

Walaupun kecekapannya tidak tinggi, hanya 1%, yang 15 kali kurang daripada panel silikon konvensional, cat solar boleh dihasilkan dalam jumlah besar, dan sangat murah.Dengan cara ini keperluan tenaga di masa depan dapat dipenuhi, katakan ahli kimia dari kumpulan Kamat, yang memanggil idea mereka "Sun-Beliable", yang diterjemahkan sebagai "kemungkinan solar."

Seterusnya tidak biasa kaedah penukaran tenaga solar tawaran di Massachusetts Institute of Technology. Andreas Mershin dan rakan sekerja dicipta bateri eksperimen berdasarkan kompleks molekul biologi yang mampu "mengumpul" cahaya.

Sistem fotografi PS-1, yang dipinjam dari cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, dicadangkan oleh ahli biologi molekul Shuguan Zhang dan beberapa orangnya yang suka berfikir 8 tahun sebelum percubaan semasa, Andreas Mershin.

Kecekapan sistem ternyata hanya kira-kira 0.1%, tetapi ini sudah menjadi langkah penting di jalan raya untuk pengenalan jisim ke dalam kehidupan seharian, kerana kos membuat peranti sedemikian sangat rendah, dan pada umumnya pemilik biologi boleh membuat baterinya sendiri menggunakan satu set bahan kimia dan timbunan rumput yang baru dipotong . Sementara itu, beberapa penambahbaikan akan meningkatkan kecekapan kepada 1-2%, iaitu. ke tahap yang berdaya maju secara komersil.

Sel sebelumnya yang sama dengan sistem fotografi hanya boleh beroperasi dengan munasabah di bawah cahaya laser yang tertumpu dengan ketat pada sel, dan kemudian hanya dalam jarak panjang gelombang sempit. Di samping itu, bahan kimia dan keadaan makmal yang mahal diperlukan.

Satu lagi masalah adalah bahawa kompleks molekul yang diekstrak dari tumbuhan tidak dapat wujud selama ini. Sekarang, pasukan institut telah membangunkan satu set peptida aktif permukaan yang menyelubungi sistem dan mengekalkannya untuk jangka masa yang panjang.

Dengan meningkatkan kecekapan pengumpulan cahaya, pasukan di Massachusetts Institute of Technology menyelesaikan masalah melindungi sistem fotografi daripada radiasi ultraviolet, yang sebelum ini merosakkan sistem fotografi.

PS-1 kini tidak disemai dengan substrat yang lancar, tetapi di permukaan dengan kawasan yang sangat berkesan, ini adalah tiub titanium dioksida yang tebal 3.8μm dengan pori-pori 60 nm, dan rod zink oksida padat beberapa mikrometer tinggi dan beberapa ratus nanometer diameter .

Varian photoanode ini memungkinkan untuk menambah bilangan molekul klorofil di bawah cahaya, dan melindungi kompleks PS-1 dari sinar ultraviolet, kerana kedua-dua bahan menyerapnya dengan baik. Di samping itu, tiub titanium dan batang zink juga memainkan peranan kerangka dan bertindak sebagai pembawa elektron, manakala PS-1 mengumpul cahaya, mengasimilasikannya, dan memisahkan caj, seperti yang berlaku dalam sel hidup.

Sel yang terdedah kepada matahari memberikan voltan sebanyak 0.5 volt dengan kuasa khusus 81 mikroW setiap sentimeter persegi dan ketumpatan fotostik 362 μA per centimeter persegi, yang 10 kali lebih tinggi daripada sistem biovoltaik lain yang diketahui sebelum ini berdasarkan sistematik semula jadi.

Sekarang mari kita bercakap tentang sel polimer berasaskan organik solar. Jika mereka menubuhkan pengeluaran besar-besaran, mereka akan jauh lebih murah daripada pesaing silikon, walaupun pada hakikatnya mereka telah mencapai kecekapan sebanyak 10.9%. Tandem Polimer Solar Battery, dicipta oleh pasukan saintis dari University of California, Los Angeles (UCLA), mempunyai beberapa lapisan, masing-masing berfungsi dengan bahagian spektrumnya sendiri.

Gabungan gabungan bahan-bahan yang berbeza yang tidak mengganggu satu sama lain ketika bekerja bersama adalah titik yang paling penting. Atas sebab ini, penulis-penulisnya telah membangunkan polimer konjugasi khas dengan jurang band yang rendah.

Pada tahun 2011, para saintis berjaya mendapatkan sel polimer seperti satu lapisan dengan kecekapan sebanyak 6%, manakala sel tandem menunjukkan kecekapan sebanyak 8.62%. Bekerja dengan lebih lanjut, para penyelidik menetapkan untuk memperluaskan rangkaian spektrum kerja di kawasan inframerah, dan mereka perlu menambah polimer syarikat Jepun Sumitomo Chemical, berkat yang mereka berjaya mencapai kecekapan sebanyak 10.9%.

Reka bentuk yang paling berjaya ini terdiri daripada sel depan yang diperbuat daripada bahan dengan jurang band yang besar, dan sel belakang dengan jurang jalur sempit.Pengarang pembangunan berpendapat bahawa penciptaan penukar seperti itu, termasuk kos bahan, tidak terlalu mahal, apalagi, teknologi itu sendiri serasi dengan panel solar filem nipis yang dihasilkan hari ini.

Nampaknya dalam beberapa tahun akan datang, sel-sel solar berdasarkan polimer organik akan menjadi komersial secara komersial, kerana pemaju merancang untuk meningkatkan kecekapan mereka hingga 15%, iaitu, pada tahap silikon.

Membundarkan kajian semula panel solar super nipis dengan ketebalan 1.9 mikronyang 10 kali lebih kurus berbanding bateri filem nipis lain yang dibuat lebih awal. Bersama-sama, para saintis Jepun dan Austria mencipta panel solar fleksibel yang luar biasa organik yang tipis. Pada demonstrasi, produk itu dibalut rambut manusia dengan diameter 70 μm.

Bahan tradisional digunakan untuk membuat bateri, tetapi substrat dibuat daripada 1.4 mikron tebet polyethylene terephthalate. Dengan kecekapan 4.2%, kuasa spesifik bateri solar baru adalah 10 watts per gram, yang biasanya 1000 kali lebih tinggi daripada penunjuk yang sesuai untuk bateri silikon multicrystalline.

Dalam hal ini, nampaknya menjanjikan perkembangan bidang seperti "tekstil pintar" dan "kulit pintar", di mana selain panel solar, mikroelektrik elektronik yang dihasilkan menggunakan teknologi yang sama mungkin sama nipis dan fleksibel.

Lihat juga:5 reka bentuk penjana angin luar biasa