5 neobvyklých solárních panelů budoucnosti

Dnes křemíkové solární panely - daleko od finále na cestě k omezování energie slunečního světla a jeho přeměně na užitečnou elektrickou energii. Vědci stále pracují na mnoha pracích a v tomto článku uvážíme pět neobvyklých řešení, která někteří moderní vědci vyvíjejí.

Je postavena Americká národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL) solární baterie na bázi polovodičových krystalů, jejichž velikost nepřesahuje několik nanometrů, jedná se o tzv. kvantové tečky. Vzorek je již šampionem v oblasti vnější a vnitřní kvantové účinnosti, který činil 114%, respektive 130%.

Tyto charakteristiky ukazují poměr počtu generovaných párů elektronových děr k počtu fotonů dopadajících na vzorek (externí kvantová účinnost) a poměr počtu generovaných elektronů k počtu absorbovaných fotonů (vnitřní kvantová účinnost) pro určitou frekvenci.

Vnější kvantová účinnost je menší než vnitřní, protože ne všechny absorbované fotony se podílejí na generaci a některé fotony dopadající na panel se jednoduše odrážejí.

Vzorek se skládá z následujících částí: sklo v antireflexním povlaku, vrstva průhledného vodiče, poté nanostrukturované vrstvy oxidu zinečnatého a kvantové tečky selenidu olova, pak ethanedithiol a hydrazin a tenká vrstva zlata jako horní elektroda.

Celková účinnost takové buňky je přibližně 4,5%, ale to stačí pro experimentálně získanou poměrně vysokou kvantovou účinnost této kombinace materiálů, což znamená optimalizaci a zlepšení dopředu.

Ani jeden solární článek neprokázal vnější kvantovou účinnost nad 100%, zatímco jedinečnost tohoto vývoje NREL spočívá ve skutečnosti, že každý foton, který dopadne na baterii, vytváří na výstupu více než jednu dvojici elektron-díra.

Důvodem úspěchu byla vícenásobná generace excitonů (MEG), což byl efekt, který byl poprvé použit k vytvoření plnohodnotné solární baterie schopné vyrábět elektřinu. Intenzita účinku je spojena s parametry materiálu, s pásmovou mezerou v polovodiči a také s energií dopadajícího fotonu.

Velikost krystalu je rozhodující, protože v malém objemu kvantové tečky omezují nosiče náboje a mohou shromažďovat přebytečnou energii, jinak by tato energie byla jednoduše ztracena ve formě tepla.

Laboratoř se domnívá, že prvky založené na MEG efektu jsou velmi hodnými kandidáty na titul nové generace solárních panelů.

Další neobvyklý přístup k vytváření solárních článků navrhl Prashant Kamat z University of Notre Dame. Jeho skupina vyvinula barvu na základě kvantových teček oxidu titaničitého potaženého sulfidem kadmia a selenidem kadmia ve formě směsi vody a alkoholu.

Pasta byla nanesena na skleněnou desku s vodivou vrstvou, poté vypálena a výsledek byl fotovoltaická baterie. Substrát přeměněný na fotovoltaický panel potřebuje pouze elektrodu nahoře a je možné získat elektrický proud jeho umístěním na slunce.

Vědci se domnívají, že v budoucnu bude možné vytvořit barvy pro automobily a domy, a tak proměnit, řekněme, střechu domu nebo karoserii vozidla, namalovanou touto speciální barvou, na solární panely. To je hlavní cíl vědců.

Ačkoli účinnost není vysoká, pouze 1%, což je 15krát méně než u konvenčních křemíkových panelů, lze solární barvy vyrábět ve velkých objemech a velmi levně.Energetické potřeby v budoucnosti tak mohou být uspokojeny, říkají lékárníci ze skupiny Kamat, kteří nazývají své potomky „Slunce uvěřitelné“, což se překládá jako „pravděpodobné sluneční záření“.

Další neobvyklé metoda přeměny sluneční energie nabídka na technologickém institutu v Massachusetts. Andreas Mershin a jeho kolegové vytvořili experimentální baterie založené na komplexu biologických molekul schopných "shromažďovat" světlo.

Fotosystém PS-1, vypůjčený z cyanobakteria Thermosynechococcus elongatus, navrhl molekulární biolog Shuguan Zhang a několik jeho podobně smýšlejících lidí 8 let před zahájením současných experimentů Andreas Mershin.

Účinnost systémů se ukázala být pouze asi 0,1%, ale je to již důležitý krok na cestě k hromadnému zavedení do každodenního života, protože náklady na vytvoření takových zařízení jsou extrémně nízké a biologičtí vlastníci si obecně mohou vytvořit vlastní baterie pomocí sady chemikálií a hromady čerstvě pokosené trávy . Mezitím řada vylepšení zvýší účinnost na 1-2%, tj. na komerčně životaschopnou úroveň.

Předchozí podobné buňky s fotosystémy mohly fungovat rozumně pouze pod laserovým světlem soustředěným přísně na buňku a poté pouze v úzkém rozsahu vlnových délek. Kromě toho byly zapotřebí drahé chemikálie a laboratorní podmínky.

Dalším problémem bylo, že molekulární komplexy extrahované z rostlin nemohly dlouho existovat. Tým institutů nyní vyvinul sadu povrchově aktivních peptidů, které obalují systém a uchovávají jej po dlouhou dobu.

Tím, že se zvýšila účinnost sběru světla, řešil tým technologického institutu Massachusetts problém ochrany fotosystémů před ultrafialovým zářením, které dříve fotosystém poškodilo.

PS-1 byl nyní zasetý ne na hladkém substrátu, ale na povrchu s velmi velkou účinnou plochou to byly 3,8 μm silné zkumavky s oxidem titaničitým s póry 60 nm a husté tyče zinku zinku několik mikrometrů vysoké a několik set nanometrů v průměru .

Tyto varianty fotoanody umožnily zvýšit počet molekul chlorofylu za světla a chránily komplexy PS-1 před ultrafialovými paprsky, protože oba materiály je dobře absorbují. Titanové trubice a zinkové tyče také hrají roli rámce a působí jako nosiče elektronů, zatímco PS-1 shromažďuje světlo, asimiluje ho a odděluje náboje, jak se to děje v živých buňkách.

Buňka vystavená slunci poskytla napětí 0,5 V se měrným výkonem 81 mikroW na čtvereční centimetr a hustotou fotoproudů 362 μA na čtvereční centimetr, což je 10krát vyšší než jakýkoli jiný biovoltický systém známý dříve založený na přirozených fotosystémech.

Nyní pojďme mluvit solární články na bázi organických polymerů. Pokud zavedou hromadnou výrobu, budou mnohem levnější než konkurenti křemíku, přestože již dosáhli účinnosti 10,9%. Tandemová polymerní solární baterie, vytvořený týmem vědců z University of California v Los Angeles (UCLA), má několik vrstev, z nichž každá pracuje s vlastní částí spektra.

Nejdůležitějším bodem je úspěšná kombinace různých látek, které si navzájem neinterferují. Z tohoto důvodu autoři speciálně vyvinuli konjugované polymery s nízkou mezerou v pásmu.

V roce 2011 se vědcům podařilo získat takovou jednovrstvou polymerní buňku s účinností 6%, zatímco tandemová buňka vykázala účinnost 8,62%. Při další práci se vědci rozhodli rozšířit rozsah pracovního spektra v infračervené oblasti a museli přidat polymer japonské společnosti Sumitomo Chemical, díky níž dokázali dosáhnout účinnosti 10,9%.

Tento nejúspěšnější design se skládá z přední buňky vyrobené z materiálu s velkou mezerou v pásmu a zadní buňky s úzkou mezerou v pásmu.Autoři vývoje tvrdí, že vytvoření takového převodníku, včetně nákladů na materiály, není příliš drahé, navíc samotná technologie je kompatibilní s tenkovrstvými solárními panely vyráběnými dnes.

Zdá se, že v příštích několika letech budou solární články na bázi organických polymerů komerčně životaschopné, protože vývojáři plánují zvýšit svou účinnost na 15%, tj. Na úroveň křemíku.

Zaokrouhlení recenze super tenké solární panely o tloušťce 1,9 mikronucož je desetkrát tenčí než u všech dříve vytvořených tenkovrstvých baterií. Japonští a rakouscí vědci společně vytvořili tenký organický neobvykle flexibilní solární panel. Při demonstraci byl produkt omotán kolem lidských vlasů o průměru 70 um.

K výrobě baterie byly použity tradiční materiály, ale substrát byl vyroben z 1,4 mikronu silného polyethylen tereftalátu. S účinností 4,2% byl měrný výkon nové solární baterie 10 wattů na gram, což je obvykle 1000krát vyšší než odpovídající ukazatel pro multikrystalické křemíkové baterie.

V tomto ohledu se jeví jako slibný rozvoj takových oblastí, jako jsou „inteligentní textilie“ a „inteligentní kůže“, kde kromě solárních panelů mohou být elektronické mikroobvody vytvořené pomocí podobné technologie stejně tenké a flexibilní.

Viz také:5 neobvyklých návrhů větrných generátorů