Nanorakenteisiin materiaaleihin perustuvat erittäin ohuet monikerroksiset aurinkokennot

Tutkijat ympäri maailmaa kiinnittävät suurta huomiota aurinkoenergian muuntojärjestelmien parantamiseen. Massachusettsin teknillisen instituutin tutkijat päättivät parantaa niiden tehokkuutta ja vähentää niin paljon kuin mahdollista aurinkopaneelien suoran tuotannon kustannuksia niin paljon kuin mahdollista.

Uuden tyyppiset paneelit voivat ylittää kaikki tällaiset ratkaisut, ja sähköntuotannon suhteen käytettyä materiaalia kohden se on huonompi kuin uraani. Tällaiset paneelit voidaan valmistaa monista kerroksista taitetut levyt. grafeeni tai molybdeenidisulfidi, jonka paksuus on vain yksi molekyyli (monomolekyylisten levyjen pinot). Tutkijat väittävät, että tästä lähestymistavasta tulee lopulta paras mahdollinen lähestymistapa aurinkoenergian kehittämiseen.

Massachusettsin teknillisen instituutin energia-apulaisprofessori Jeffrey Grossman sanoo, että vaikka kaksiulotteisia grafeenimaisia ​​materiaaleja tutkivat tutkijat ovat kiinnittäneet paljon huomiota, näiden materiaalien mahdollisuudet käyttää aurinkomuuntajajärjestelmiä on jätetty kokonaan huomiotta viime vuosina. Kävi ilmi, että nämä materiaalit eivät ole vain hyviä, mutta ne ovat myös erittäin selviä heille osoitetusta tehtävästä.

Pitkällä aikavälillä kaksi kerrosta yhden atomin paksuinen, sellaisena kuin se esitetään Grossman-tiimille, antaa hyötysuhteen 1-2%, muuntaen auringonvalon energian sähköksi. Se näyttää pieneltä verrattuna 15-20% hyötysuhteeseen perinteiset piielementitOn kuitenkin tärkeää muistaa, että tulos saavutetaan käyttämällä materiaaleja tuhansia kertoja ohuempia kuin pehmopaperi.

Kaksikerrosparisto, jonka paksuus on 1 nanometri, on satoja tuhansia kertoja ohuempi kuin tavallinen piiparisto, siksi, asettamalla nämä ohuimmat levyt moniin kerroksiin, voit lisätä ja ylittää aurinkokennojen tavallisen hyötysuhteen huomattavasti. Grossmanin tekijöiden mukaan tämä luo merkittävän kilpailun vakiintuneelle tekniikalle.

Jos paino on kriittinen, kuten avaruusaluksissa, ilmailussa ja kehitysmaissa, joilla kuljetuskustannukset ovat merkittävät, tällaisilla kevyillä elementeillä on jo suuri potentiaali.

Painoon verrattuna uudet aurinkopaneelit tuottavat jopa 1000 kertaa enemmän energiaa kuin perinteiset akut. Samaan aikaan ohuin tavanomaisesta tekniikasta, jota tähän päivään mennessä on tuotettu, ylittää edelleen uudet 50 painokerrointa.

Tämä ei ole pelkästään kuljetuksen, vaan myös paneelien helpon asennuksen helppous, koska puolet nykypäivän aurinkopaneelien kustannuksista on tukirakenteen sekä kytkentä- ja ohjausjärjestelmän kustannukset. Näitä kustannuksia voidaan vähentää huomattavasti käyttämällä kevyempiä malleja.

Lisäksi itse materiaali on paljon halvempaa kuin vaaditun puhtauden piitä, jota käytetään tavanomaisissa aurinkokennoissa, koska levyt ovat niin ohuita, että ne vaativat hyvin pienen määrän lähtöaineita.

Tämä on vaikuttava esimerkki siitä, kuinka nanorakenteiset materiaalit voivat olla perusta uusimpien energialaitteiden suunnittelulle. Näiden ohuiden kerrosten mekaanisen lujuuden ja joustavuuden odotetaan myös olevan korkea. Kehittäjien mukaan tämä on vasta alkua uudelle aurinkoenergia-aineiden sukupolvelle.

Yhtäältä tässä projektissa käytetyt molybdeenidisulfidi ja molybdeenidislenidi ovat vain kaksi monista kaksiulotteisista materiaaleista, joita tässä mahdollisesti voitaisiin käyttää, puhumattakaan niiden erilaisista yhdistelmistä yhdessä käytettäväksi.

Tutkijoiden mielestä monia materiaaleja on tutkittava, ja pohdintaolosuhteet on jo luotu. Tutkijat voivat nyt tarkastella näitä materiaaleja aivan uudella tavalla.

Ja vaikka tällä hetkellä ei ole teollisia menetelmiä molybdeenidisulfidin ja molybdeenidislenidin tuottamiseksi, tämä on aktiivisen tutkimuksen alue. Valmistettavuus on merkittävä kysymys, mutta tämä ongelma on ratkaistavissa.

Tällaisten materiaalien lisäetu on niiden pitkäaikainen stabiilisuus jopa ulkona, kun taas muut aurinkomateriaalit vaativat suojaavan pinnoituksen raskailla lasikerroksilla, mikä on myös kallista. Itse asiassa ultraviolettivalolle ja kosteudelle altistumista on vastustuskykyä, ja tämä tekee uudesta ratkaisusta erittäin luotettavan.

Alustavaan työhön kuului vain materiaalien tietokonepohjainen mallintaminen, mutta nyt ryhmä tutkijoita yrittää valmistaa itse laitteita. Tietenkin, tämä on vain jäävuoren huippu, kun käytetään kaksiulotteisia materiaaleja "puhtaan energian" tuottamiseksi, tutkijat sanovat.