Rendkívül vékony, többrétegű napelemek nanoszerkezetű anyagokon alapulnak

A tudósok szerte a világon nagy figyelmet fordítanak a napenergia-átalakító rendszerek fejlesztésére. Annak érdekében, hogy növeljék hatékonyságukat és a lehető legnagyobb mértékben csökkentsék a napelemek közvetlen előállításának költségeit, a Massachusetts Institute of Technology kutatói úgy döntöttek, hogy a napelemek vastagságának csökkentésére irányulnak.

Az új típusú panelek meghaladhatják az összes ilyen megoldást, és a felhasznált anyag kilogrammonkénti villamosenergia-termelése szempontjából csak az uránnál alacsonyabb szintű. Az ilyen panelek több rétegből összehajtogatott lemezekből készülhetnek. grafén vagy molibdén-diszulfid, amelynek vastagsága csak egy molekula (monomolekuláris lemezek halmaza). A tudósok azt állítják, hogy ez a megközelítés végül a lehető legjobb megközelítés lesz a napenergia fejlesztésének.

Jeffrey Grossman, a Massachusetts Technológiai Intézet energiatudományi asszisztens professzora azt állítja, hogy annak ellenére, hogy a kétdimenziós anyagokat, például a grafént kutató tudósok nagy figyelmet fordítottak, ezeknek az anyagoknak a képességét a napelemes konverter rendszerekben az elmúlt években teljesen figyelmen kívül hagyták. Kiderült, hogy ezek az anyagok nemcsak jók, de nagyon jól képesek megbirkózni a rájuk ruházott feladattal is.

Hosszú távon egy, az atom vastagságú két réteg, amint azt a Grossman csapatának bemutatták, 1-2% hatékonyságot fog elérni, a napfény energiáját villamos energiává alakítva. Kicsinek tűnik, szemben a 15-20% -os hatékonysággal hagyományos szilícium elemekFontos azonban, hogy ne felejtsük el, hogy az eredmény ezerszer vékonyabb anyagok felhasználásával érhető el, mint a selyempapír.

Az 1 nanométeres vastagságú kétrétegű akkumulátor százezrszer alkalommal vékonyabb, mint egy szokásos szilikon, ezért ha ezeket a legvékonyabb lemezeket több rétegbe rakja, jelentősen megnövelheti és meghaladhatja a napelemek szokásos hatékonyságát. A Grossman társszerzői szerint ez jelentős versenyt fog létrehozni a jól megalapozott technológia számára.

Ahol a súly kritikus, például az űrhajókban, a repülésben és a fejlődő világ olyan területein, ahol a szállítási költségek jelentősek, az ilyen könnyű elemeknek már nagy lehetőségeik vannak.

Súlyához képest az új napelemek akár 1000-szer több energiát termelnek, mint a hagyományos akkumulátorok. Ugyanakkor a napjainkban gyártott hagyományos technológia legvékonyabb értéke még mindig 50-szer haladja meg az újakat.

Ez nemcsak a szállítás és a panelek könnyű felszerelhetőségének köszönhető, mivel a mai napelemek költségeinek felét a tartószerkezet, valamint a csatlakoztatási és vezérlőrendszer költségei jelentik. Ezek a költségek könnyebben csökkenthetők könnyebb minták használatával.

Ezenkívül maga az anyag sokkal olcsóbb, mint a kívánt tisztaságú szilícium, amelyet a szokásos napelemekben használnak, mivel a lemezek olyan vékonyak, hogy nagyon kis mennyiségű kiindulási anyagot igényelnek.

Ez egy lenyűgöző példa arra, hogy a nanostrukturált anyagok hogyan képezhetik az alapot a legújabb energetikai eszközök tervezéséhez. Ezen vékony rétegek mechanikai szilárdsága és rugalmassága szintén várhatóan magas. A fejlesztők szerint ez csak a napenergia új generációjának kezdete.

Egyrészt, a molibdén-diszulfid és a molibdén-dislenid, amelyet ebben a projektben használnak, csak kettő a sokdimenziós anyag közül, amelyeket esetleg itt lehet használni, nem is beszélve a különféle kombinációkról, amelyek együttes használatra szolgálnak.

A kutatók úgy vélik, hogy sok anyagot meg kell vizsgálni, és a reflexió feltételeit már megteremtették. A tudósok most teljesen új módon tekinthetik meg ezeket az anyagokat.

És bár jelenleg nincsenek ipari módszerek a molibdén-diszulfid és a molibdén-dislenid előállítására, ez az aktív kutatás területe. A gyárthatóság nagy kérdés, de ez a probléma megoldható.

Az ilyen anyagok további előnye a hosszú távú stabilitásuk még a szabadban is, míg más napenergia-anyagok védőbevonatot igényelnek nehéz üvegrétegekkel, ami szintén drága. Valójában ellenáll az ultraibolya fény és a nedvesség hatásának is, és ez az új megoldást nagyon megbízhatóvá teszi.

Az előzetes munka csak az anyagok számítógépes modellezését foglalta magában, de most egy tudóscsoport próbálkozik saját eszközök gyártásával. Természetesen ez csak a jéghegy csúcsa, kétdimenziós anyagok felhasználásának szempontjából "tiszta energia" előállítására - mondják a tudósok.