Ultratunna flerskiktade solceller baserade på nanostrukturerade material

Forskare över hela världen ägnar stor uppmärksamhet åt att förbättra omvandlingssystemen för solenergi. I ett försök att öka deras effektivitet och minska, så mycket som möjligt, kostnaden för direkt produktion av solpaneler, beslutade forskare vid Massachusetts Institute of Technology att ta vägen för att minska tjockleken på solceller.

Den nya typen av paneler kan överträffa alla sådana lösningar, och när det gäller elproduktion per kilo använt material kommer den att vara sämre än uran. Sådana paneler kan vara tillverkade av ark vikta i många lager. grafen eller molybden disulfid, vars tjocklek endast är en molekyl (staplar av monomolekylära ark). Forskare hävdar att denna strategi i slutändan kommer att bli den bästa möjliga metoden för utveckling av solenergi.

Jeffrey Grossman, biträdande professor i energi vid Massachusetts Institute of Technology, säger att trots mycket uppmärksamhet från forskare som undersöker tvådimensionellt material som grafen, har potentialen för dessa material för användning i solenergisystem helt förbises under de senaste åren. Det visade sig att dessa material inte bara är bra, men de är mycket bra på att hantera uppgiften som tilldelats dem.

I det långa loppet kommer två skikt, en atom tjock, som presenteras för Grossman-teamet, att ge en effektivitet på 1-2% och omvandla solljuset till elektricitet. Det verkar litet jämfört med 15-20% effektivitet traditionella kiselelementemellertid är det viktigt att komma ihåg att resultatet uppnås genom att använda material tusentals gånger tunnare än silkespapper.

Ett tvåskiktsbatteri med en tjocklek på 1 nanometer är hundratusentals gånger tunnare än ett vanligt kisel, därför kan du, genom att lägga dessa tunnaste ark i många lager, avsevärt öka och överskrida solcells vanliga effektivitet. Detta kommer att skapa betydande konkurrens för väl etablerad teknik, enligt medförfattarna till Grossman.

Där vikten är kritisk, till exempel i rymdskepp, i luftfarten och i områden i utvecklingsländerna där transportkostnaderna är betydande, har sådana lätta element redan stor potential.

Jämfört med vikten kommer de nya solpanelerna att producera upp till 1000 gånger mer energi än konventionella batterier. Samtidigt överskrider den tunnaste av den konventionella teknik som hittills producerats solceller de nya med 50 gånger i vikt.

Detta är inte bara enkel transport, utan också enkel installation av panelerna, eftersom hälften av kostnaden för dagens solpaneler är kostnaden för bärkonstruktionen och anslutnings- och styrsystemet. Dessa kostnader kan minskas kraftigt genom att använda lättare konstruktioner.

Dessutom är själva materialet mycket billigare än kisel med den erforderliga renheten, som används i vanliga solceller, eftersom arken är så tunna att de kräver en mycket liten mängd utgångsmaterial.

Detta är ett imponerande exempel på hur nanostrukturerade material kan ligga till grund för utformningen av de senaste energianordningarna. De mekaniska hållfastheten och flexibiliteten hos dessa tunna skikt förväntas också vara hög. Utvecklare säger att detta bara är början på en ny generation av material för solenergi.

Å ena sidan är molybden disulfid och molybden dislenid som används i detta projekt bara två av de många tvådimensionella material som potentiellt kan användas här, för att inte tala om deras olika kombinationer för användning tillsammans.

Forskare tror att många material måste studeras och förutsättningarna för reflektion redan har skapats. Forskare kan nu titta på dessa material på ett helt nytt sätt.

Och även om det för närvarande inte finns några industriella metoder för att producera molybden disulfid och molybden dislenid, är detta ett område med aktiv forskning. Tillverkningsförmåga är en väsentlig fråga, men detta problem kan lösas.

En ytterligare fördel med sådana material är deras långsiktiga stabilitet även i friluft, medan andra solmaterial kräver skyddande beläggning med tunga glasskikt, vilket också är dyrt. Det finns faktiskt motstånd mot exponering för både ultraviolett ljus och fukt, och det gör den nya lösningen mycket tillförlitlig.

Förarbeten omfattade endast datormodellering av material, men nu gör en grupp forskare försök att tillverka enheterna själva. Naturligtvis är detta bara toppen av isberget, ur synvinkeln att använda tvådimensionella material för att producera "ren energi", säger forskare.