5 panouri solare neobișnuite ale viitorului

azi panouri solare din siliciu - departe de finalul de pe calea de limitare a energiei solare și transformarea acesteia în energie electrică utilă. Multe lucrări sunt în continuare realizate de oamenii de știință, iar în acest articol vom lua în considerare cinci soluții neobișnuite pe care unii dintre cercetătorii moderni le dezvoltă.

Laboratorul Național de Energii Regenerabile Americane (NREL) este construit o baterie solară bazată pe cristale cu semiconductor, ale căror dimensiuni nu depășesc mai multe nanometre, acestea sunt așa-numitele puncte cuantice. Eșantionul este deja un campion în ceea ce privește eficiența cuantică externă și internă, care a fost de 114%, respectiv 130%.

Aceste caracteristici arată raportul dintre numărul de perechi de găuri electronă și numărul de fotoni incidente pe eșantion (eficiență cuantică externă) și raportul dintre numărul de electroni generați și numărul fotonilor absorbiți (eficiența cuantică internă) pentru o anumită frecvență.

Eficiența cuantică externă este mai mică decât cea internă, deoarece nu toți fotonii absorbiți participă la generare, iar unele dintre fotonii incidente de pe panou sunt pur și simplu reflectate.

Eșantionul este format din următoarele părți: un pahar într-un strat antireflexie, un strat de conductor transparent, apoi straturi nanostructurate de oxid de zinc și puncte cuantice de selenidă de plumb, apoi etaneditiol și hidrazină și un strat subțire de aur ca electrod superior.

Eficiența totală a unei astfel de celule este de aproximativ 4,5%, dar aceasta este suficientă pentru eficiența cuantică destul de ridicată obținută experimental de această combinație de materiale, ceea ce înseamnă optimizare și îmbunătățire.

Nici o singură celulă solară nu a arătat o eficiență cuantică externă peste 100%, în timp ce unicitatea acestei dezvoltări NREL constă în faptul că fiecare foton care cade pe baterie creează mai mult de o pereche de electroni-orificii la ieșire.

Motivul succesului a fost generația multiplă de excitanți (MEG), efect care a fost folosit pentru prima dată pentru a crea o baterie solară cu putere completă, capabilă să genereze energie electrică. Intensitatea efectului este asociată cu parametrii materialului, cu diferența de bandă din semiconductor, precum și cu energia fotonului incident.

Mărimea cristalului este crucială, întrucât este într-un volum mic că punctele cuantice limitează transportatorii de încărcare și pot colecta excesul de energie, altfel această energie s-ar pierde pur și simplu sub formă de căldură.

Laboratorul consideră că elementele bazate pe efectul MEG sunt candidații foarte demni la titlul unei noi generații de panouri solare.

O altă abordare neobișnuită a creării de celule solare a fost sugerată de Prashant Kamat de la Universitatea Notre Dame. Grupul său a dezvoltat o vopsea pe bază de puncte cuantice de dioxid de titan acoperite cu sulfură de cadmiu și selenid de cadmiu sub forma unui amestec apă-alcool.

Pasta a fost aplicată pe o placă de sticlă cu un strat conductor, apoi a fost trasă, iar rezultatul a fost baterie fotovoltaică. Un substrat transformat într-un panou fotovoltaic are nevoie doar de un electrod deasupra și este posibil să obțină un curent electric așezându-l la soare.

Oamenii de știință cred că în viitor va fi posibilă crearea de vopsea pentru mașini și pentru case și, astfel, să se transforme, să spunem, acoperișul unei case sau corpul mașinii, pictat cu această vopsea specială, în panouri solare. Acesta este obiectivul principal al cercetătorilor.

Deși eficiența nu este ridicată, doar 1%, care este de 15 ori mai mică decât panourile convenționale de siliciu, vopseaua solară poate fi produsă în volume mari și foarte ieftin.În acest fel, nevoile de energie în viitor pot fi satisfăcute, spun farmaciștii din grupul Kamat, care își spun creierul «Sun-Credibile», care se traduce prin „solar-probabil”.

Următorul neobișnuit metoda de conversie a energiei solare ofertă la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Andreas Mershin și colegii au creat baterii experimentale bazate pe un complex de molecule biologice capabile să „colecteze” lumina.

Sistemul fotografic PS-1, împrumutat de la cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, a fost propus de biologul molecular Shuguan Zhang și de câțiva dintre oamenii săi similari cu 8 ani înainte de începerea experimentelor actuale, Andreas Mershin.

Eficiența sistemelor s-a dovedit a fi de aproximativ 0,1%, dar acesta este deja un pas important pe drumul către introducerea în masă în viața de zi cu zi, deoarece costurile creării unor astfel de dispozitive sunt extrem de scăzute, iar în general proprietarii biologici își pot crea propriile baterii folosind un set de substanțe chimice și o stivă de iarbă proaspăt tăiată. . Între timp, o serie de îmbunătățiri vor crește eficiența până la 1-2%, adică. la un nivel viabil comercial.

Celulele similare anterioare cu sisteme de fotografii ar putea funcționa în mod rezonabil numai sub lumina laser concentrată strict pe celulă și apoi numai într-un interval restrâns de lungime de undă. În plus, au fost necesare substanțe chimice costisitoare și condiții de laborator.

O altă problemă a fost aceea că complexele moleculare extrase din plante nu puteau exista mult timp. Acum, echipa institutului a dezvoltat un set de peptide cu suprafață activă, care învăluie sistemul și îl păstrează mult timp.

Prin creșterea eficienței colectării luminii, echipa de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts a rezolvat problema protejării fotosistemelor împotriva radiațiilor ultraviolete, care anterior au deteriorat fotosistemul.

PS-1 acum a fost semănat nu pe un substrat neted, ci pe o suprafață cu o suprafață eficientă foarte mare, acestea erau tuburi de dioxid de titan cu o grosime de 3,8 μm cu pori de 60 nm, iar tije de oxid dens de zinc cu mai multe micrometri înalte și câteva sute de nanometri în diametru. .

Aceste variante ale fotoanodului au făcut posibilă creșterea numărului de molecule de clorofilă sub lumină și au protejat complexele PS-1 de razele ultraviolete, deoarece ambele materiale le absorb bine. În plus, tuburile de titan și tijele de zinc joacă, de asemenea, rolul unui cadru și acționează ca purtători de electroni, în timp ce PS-1 colectează lumină, o asimilează și separă sarcinile, așa cum se întâmplă în celulele vii.

O celulă expusă la soare a dat o tensiune de 0,5 volți, cu o putere specifică de 81 microW pe centimetru pătrat și o densitate fotocurentă de 362 μA pe centimetru pătrat, care este de 10 ori mai mare decât oricare alt sistem biovoltaic cunoscut anterior pe baza sistemelor foto naturale.

Acum să vorbim despre celule solare pe bază de polimer organic. Dacă stabilesc producția de masă, atunci vor fi mult mai ieftine decât concurenții de siliciu, în ciuda faptului că au atins deja o eficiență de 10,9%. Baterie solară cu polimer Tandem, creat de o echipă de oameni de știință de la Universitatea California din Los Angeles (UCLA), are mai multe straturi, fiecare funcționând cu propria sa parte din spectru.

O combinație reușită de diferite substanțe care nu interferează între ele atunci când lucrează împreună este cel mai important punct. Din acest motiv, autorii au dezvoltat în mod special polimeri conjugați cu un interval de bandă scăzut.

În 2011, oamenii de știință au reușit să obțină o astfel de celulă polimerică cu un singur strat cu o eficiență de 6%, în timp ce celula tandem a arătat o eficiență de 8,62%. Lucrând mai departe, cercetătorii și-au propus să extindă gama spectrului de lucru în regiunea infraroșu și au trebuit să adauge polimerul companiei japoneze Sumitomo Chemical, datorită căreia au reușit să obțină o eficiență de 10,9%.

Acest design cel mai de succes constă dintr-o celulă frontală realizată din material cu un gol mare de bandă și o celulă din spate cu un gol îngust.Autorii dezvoltării susțin că crearea unui astfel de convertor, inclusiv costul materialelor, nu este foarte scumpă, în plus, tehnologia în sine este compatibilă cu panourile solare cu film subțire fabricate astăzi.

Se pare că în următorii ani, celulele solare bazate pe polimeri organici vor deveni viabile din punct de vedere comercial, deoarece dezvoltatorii intenționează să-și crească eficiența până la 15%, adică la nivelul de siliciu.

Rotunjirea revizuirii panouri solare super subțiri cu o grosime de 1,9 micronicare este de 10 ori mai subțire decât orice alte baterii cu film subțire create anterior. Împreună, oamenii de știință japonezi și austrieci au creat un panou solar organic neobișnuit de flexibil. La demonstrație, produsul a fost înfășurat în jurul unui păr uman cu un diametru de 70 μm.

Pentru fabricarea bateriei s-au folosit materiale tradiționale, dar substratul era format din polietilen tereftalat de 1,4 microni. Cu o eficiență de 4,2%, puterea specifică a noii baterii solare a fost de 10 wați pe gram, care este în general de 1000 de ori mai mare decât indicatorul corespunzător pentru bateriile de siliciu multicristaline.

În acest sens, pare promițătoare dezvoltarea unor domenii precum „textile inteligente” și „piele inteligentă”, unde pe lângă panourile solare, microcircuitele electronice create cu tehnologie similară pot fi la fel de subțiri și de flexibile.

Vezi și:5 proiecte neobișnuite de generatoare eoliene