5 jövő szokatlan napeleme

ma szilikon napelemek - messze a finálistól a napfény energiájának megfékezéséhez és hasznos elektromos energiává történő átalakításának útján. Sok munkát még mindig a tudósok végeznek, és ebben a cikkben öt szokatlan megoldást fogunk megvizsgálni, amelyeket a modern kutatók dolgoznak ki.

Megépül az Amerikai Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL) félvezető kristályokon alapuló napelem, amelyek mérete nem haladja meg a több nanométert, ezek az úgynevezett kvantumpontok. A minta a külső és a belső kvantumhatékonyság szempontjából már bajnok, 114, illetve 130% -ot tett ki.

Ezek a jellemzők megmutatják a generált elektron-lyuk párok számának és a mintán bekövetkező fotonok számának (külső kvantumhatékonyság) arányát, valamint a generált elektronok számának arányát egy adott frekvencián az abszorbeált fotonok számához (belső kvantumhatékonyság).

A külső kvantumhatékonyság kisebb, mint a belső, mivel nem minden elnyelt foton vesz részt a generálásban, és a panelen bekövetkező fotonok egy része csak tükröződik.

A minta a következő részekből áll: üveg tükröződésmentes bevonatban, átlátszó vezetőréteg, majd nanostrukturált rétegei cink-oxidból és kvantum pontok ólom-szelenidből, majd etándititiolból és hidrazinból, valamint vékony aranyrétegből, mint felső elektródából.

Egy ilyen cella teljes hatékonysága körülbelül 4,5%, de ez elegendő az anyagkombináció kísérletileg meglehetősen magas kvantumhatékonyságához, ami azt jelenti, hogy az optimalizálás és a fejlesztés előtt áll.

Egyetlen napelem sem mutatott 100% feletti külső kvantumhatékonyságot, míg ennek a NREL fejleménynek az egyedisége abban rejlik, hogy minden egyes foton, amely az akkumulátorra esik, egynél több elektron-lyuk párot hoz létre a kimeneten.

A siker oka a gerjesztők többszörös generációja (MEG) volt, ezt a hatást először egy teljes értékű napenergia-elem létrehozására használták, amely képes villamos energiát előállítani. A hatás intenzitása az anyag paramétereivel, a félvezető sávrésével, valamint a beeső foton energiájával függ össze.

A kristály mérete döntő fontosságú, mivel egy kicsi térfogaton belül a kvantum pontok korlátozzák a töltéshordozókat és összegyűjthetik a felesleges energiát, különben ez az energia hőveszteségben egyszerűen elveszik.

A laboratórium úgy véli, hogy a MEG-effektuson alapuló elemek nagyon méltó jelöltek a napelemek új generációjának címére.

A napelemek létrehozásának egy másik szokatlan megközelítését Prashant Kamat, a Notre Dame Egyetem javasolta. Csoportja festéket fejlesztett ki, amely kvantum pontok alapján titán-dioxidot tartalmaz, bevonva kadmium-szulfiddal és kadmium-szeleniddel, víz-alkohol keverék formájában.

A pasztát vezetőképes réteggel felvitt üveglapra felhordták, majd meggyújtották, és az eredmény így volt fotovoltaikus elem. A fotovoltaikus panellé átalakított szubsztrátumnak csak a tetején kell egy elektródra lennie, és villamos áramot lehet elérni napfénybe helyezésével.

A tudósok úgy vélik, hogy a jövőben autókra és házakra festéket lehet előállítani, és így, mondjuk, a ház tetejét vagy az erre a speciális festékkel festett karosszériát napelemekké alakíthatják. Ez a kutatók fő célja.

Noha a hatékonyság nem magas, csupán 1%, ami 15-szer kevesebb, mint a hagyományos szilikon paneleknek, a napelemes festék nagy mennyiségben és nagyon olcsón előállítható.Így lehet kielégíteni a jövőbeli energiaszükségleteket - mondják a Kamat csoport vegyészei, akik az agyukba hívják «Nap-hihető», ami azt jelenti, hogy "napenergia valószínű".

Következő szokatlan napenergia konverziós módszer ajánlatot a Massachusetts Institute of Technology-nál. Andreas Mershin és munkatársai készítették kísérleti akkumulátorok, amelyek biológiai molekulák komplexén alapulnak, amelyek képesek "fényt gyűjteni".

A cyanobaktériumból a Thermosynechococcus elongatus-tól kölcsönzött PS-1 fotorendszert Shuguan Zhang molekuláris biológus és számos hasonló gondolkodású ember javasolta 8 évvel a jelenlegi kísérletek kezdete előtt, Andreas Mershin.

A rendszerek hatékonysága csak körülbelül 0,1% -nak bizonyult, de ez már fontos lépés a mindennapi életbe történő tömeges bevezetés felé, mivel az ilyen eszközök létrehozásának költségei rendkívül alacsonyak, és általában a biológiai tulajdonosok készíthetnek saját akkumulátorokat egy vegyi anyag készlettel és egy halom frissen vágott fűvel. . Eközben számos fejlesztés 1-2% -ra növeli a hatékonyságot, azaz a kereskedelmi szempontból életképes szintre.

A korábbi hasonló fényképes rendszerekkel rendelkező cellák csak ésszerűen működhetnek szigorúan a cellára koncentrált lézerfényben, majd csak szűk hullámhossztartományban. Ezenkívül drága vegyszerekre és laboratóriumi körülményekre volt szükség.

Egy másik probléma az volt, hogy a növényekből kivont molekuláris komplexek nem létezhetnek sokáig. Az intézet csapata kifejlesztett egy sor felületaktív peptidet, amelyek körülvéve a rendszert és hosszú ideig megőrzik azt.

A fénygyűjtés hatékonyságának növelésével a Massachusetts Technológiai Intézet munkatársa megoldotta a fotorendszerek ultraibolya sugárzással szembeni védelmének problémáját, amely korábban megsértette a fényképet.

A PS-1-et nem sima hordozóra, hanem egy nagyon nagy hatásfokú felületre vetették be, ezek 3,8 μm vastag, 60 nm pórusú titán-dioxid csövek voltak, sűrű, több mikrométer magas és több száz nanométer átmérőjű több száz nanométeres cink-oxid rúd. .

A fotoanód ezen változatai lehetővé tették a klorofill-molekulák számának növelését világítás mellett, és megóvták a PS-1 komplexeket az ultraibolya sugárzástól, mivel mindkét anyag jól elnyeli őket. Ezen túlmenően a titáncsövek és a cinkrúdok is szerepet játszanak a keretben és elektronhordozóként működnek, míg a PS-1 fényt gyűjt, asszimilálja azt és elválasztja a töltéseket, amint az élő sejtekben történik.

A napsugárzásnak kitett cella feszültsége 0,5 volt volt, fajlagos teljesítménye 81 mikroW / négyzetcentiméter, fény fotoáram-sűrűsége pedig 362 μA / négyzetcentiméter volt, ami tízszer nagyobb, mint bármely más, a korábbi természetes fényrendszerek alapján ismert biovoltaikus rendszernél.

Most beszéljünk szerves polimer alapú napelemek. Ha tömegtermelést hoznak létre, akkor sokkal olcsóbbak lesznek, mint a szilícium versenytársai, annak ellenére, hogy már elérték a 10,9% -os hatékonyságot. Tandem polimer napelem, amelyet a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem (UCLA) tudósai készítettek, több réteggel rendelkezik, amelyek mindegyike a spektrum saját részével működik.

A legfontosabb szempont a különféle anyagok sikeres kombinációja, amelyek nem zavarják egymást az együttműködés során. Ezért a szerzők speciálisan kis sávrésű konjugált polimereket fejlesztettek ki.

2011-ben a tudósoknak sikerült megszerezniük egy egyrétegű polimer cellát 6% -os hatékonysággal, míg a tandem cellával 8,62% hatékonyságot sikerült elérni. A tovább dolgozva a kutatók arra törekedtek, hogy kibővítsék a működési spektrumot az infravörös régióban, és hozzá kellett adniuk a japán Sumitomo Chemical cég polimerjét, amelynek köszönhetően 10,9% -os hatékonyságot értek el.

Ez a legsikeresebb kialakítás egy nagy sávrésű anyagból készült elülső cellaból és egy szűk sávrésű hátsó cellaból áll.A fejlesztés szerzői azzal érvelnek, hogy egy ilyen átalakító létrehozása, beleértve az anyagköltségeket, nem túl drága, ráadásul maga a technológia kompatibilis a ma gyártott vékonyrétegű napelemekkel.

Úgy tűnik, hogy a következő néhány évben a szerves polimereken alapuló napelemek kereskedelmileg életképesvé válnak, mivel a fejlesztők hatékonyságukat 15% -ra, vagyis a szilícium szintjére tervezik növelni.

A felülvizsgálat lezárása szuper vékony, 1,9 mikron vastagságú napelemekamely tízszer vékonyabb, mint bármely más, korábban létrehozott vékony film elem. A japán és az osztrák tudósok együttesen létrehoztak egy vékony szerves, rendkívül rugalmas napelemet. A demonstráción a terméket 70 μm átmérőjű emberi haj köré tekercselték.

Hagyományos anyagokat használtunk az akkumulátor előállításához, de a hordozó 1,4 mikron vastag polietilén-tereftalátból készült. 4,2% -os hatékonysággal az új napelemek fajlagos teljesítménye 10 watt / g volt, ami általában 1000-szer nagyobb, mint a többkristályos szilikon akkumulátorok megfelelő mutatója.

E tekintetben ígéretesnek tűnik olyan területek fejlesztése, mint például az „intelligens textil” és az „intelligens bőr”, ahol a napelemek mellett a hasonló technológiával létrehozott elektronikus mikroáramkörök ugyanolyan vékonyak és rugalmasak lehetnek.

Lásd még:5 szélgenerátor szokatlan kivitel