Celule solare ultra-subțire multistrat bazate pe materiale nanostructurate

Oamenii de știință din întreaga lume acordă o mare atenție îmbunătățirii sistemelor de conversie a energiei solare. În efortul de a crește eficiența acestora și de a reduce, pe cât posibil, costul producției directe de panouri solare, oamenii de știință de la Massachusetts Institute of Technology au decis să ia calea reducerii grosimii celulelor solare.

Noul tip de panouri poate depăși orice astfel de soluții, iar în ceea ce privește producția de energie electrică pe kilogramul de material utilizat, acesta va fi inferior decât uraniul. Astfel de panouri pot fi realizate din foi pliate în mai multe straturi. Grafenul sau disulfură de molibden, a cărei grosime este doar o moleculă (stive de foi monomoleculare). Oamenii de știință susțin că această abordare va deveni în cele din urmă cea mai bună abordare posibilă pentru dezvoltarea energiei solare.

Jeffrey Grossman, profesor asistent de energie la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, spune că, în ciuda unei atenții din partea oamenilor de știință care cercetează materiale bidimensionale precum grafenul, potențialul acestor materiale pentru utilizarea în sisteme de convertoare solare a fost complet trecut cu vederea. S-a dovedit că aceste materiale nu sunt doar bune, dar sunt foarte bune să facă față sarcinii care le-a fost atribuită.

Pe termen lung, două straturi cu un atom gros, prezentate echipei Grossman, vor oferi o eficiență de 1-2%, transformând energia luminii solare în energie electrică. Pare mic în comparație cu eficiența de 15-20% elemente tradiționale de siliciuCu toate acestea, este important să ne amintim că rezultatul este obținut folosind materiale de mii de ori mai subțiri decât hârtia țesutului.

O baterie cu două straturi cu grosimea de 1 nanometru este de sute de mii de ori mai subțire decât una obișnuită de siliciu, prin urmare, prin așezarea acestor foi subțiri în mai multe straturi, puteți crește și depăși semnificativ eficiența obișnuită a celulelor solare. Acest lucru va crea o concurență semnificativă pentru tehnologie bine consacrată, în conformitate cu coautorii Grossman.

În cazul în care greutatea este critică, cum ar fi nava spațială, aviația și în zonele lumii în curs de dezvoltare unde costurile de transport sunt semnificative, astfel de elemente ușoare au deja un potențial mare.

În comparație cu greutatea, noile panouri solare vor produce de până la 1000 de ori mai multă energie decât bateriile convenționale. În același timp, cea mai subțire din tehnologia convențională produsă până în prezent celulele solare le depășește pe cele noi cu 50 de ori în greutate.

Aceasta nu este doar ușurința de transport, ci și ușurința de instalare a panourilor, deoarece jumătate din costul panourilor solare de astăzi este costul structurii de susținere și al sistemului de conectare și control. Aceste costuri pot fi reduse considerabil folosind modele mai ușoare.

În plus, materialul în sine este mult mai ieftin decât siliconul cu puritatea necesară, care este utilizat în celulele solare standard, deoarece foile sunt atât de subțiri încât necesită o cantitate foarte mică de materii prime.

Acesta este un exemplu impresionant al modului în care materialele nanostructurate pot sta la baza proiectării celor mai noi dispozitive energetice. Rezistența mecanică și flexibilitatea acestor straturi subțiri sunt de asemenea de așteptat să fie ridicate. Dezvoltatorii spun că acesta este doar începutul unei noi generații de materiale pentru energia solară.

Pe de o parte, disulfura de molibden și dislenidul de molibden utilizat în acest proiect sunt doar două dintre numeroasele materiale bidimensionale care ar putea fi utilizate aici, fără a menționa diferitele combinații pentru utilizarea lor împreună.

Cercetătorii consideră că multe materiale trebuie studiate și condițiile de reflecție au fost deja create. Oamenii de știință pot privi aceste materiale într-un mod complet nou.

Și, deși în prezent nu există metode industriale pentru producerea disulfurii de molibden și dislenidă de molibden, aceasta este o zonă de cercetare activă. Fabricabilitatea este o problemă esențială, dar această problemă este rezolvabilă.

Un avantaj suplimentar al acestor materiale este stabilitatea lor pe termen lung chiar și în aer liber, în timp ce alte materiale solare necesită o acoperire de protecție cu straturi grele de sticlă, care este de asemenea scump. De fapt, există rezistență la expunerea atât la lumina ultravioletă, cât și la umiditate, iar acest lucru face ca noua soluție să fie foarte fiabilă.

Lucrările preliminare includeau doar modelarea computerizată a materialelor, dar acum un grup de oameni de știință încearcă să fabrice singuri dispozitivele. Desigur, acesta este doar vârful aisbergului, din punctul de vedere al utilizării materialelor bidimensionale pentru a produce „energie curată”, spun oamenii de știință.