kategorier: Udvalgte artikler » Interessante elektriske nyheder
Antal visninger: 16945
Kommentarer til artiklen: 7
Fremtidens 5 usædvanlige solcellepaneler
i dag solcellepaneler - langt fra finalen på vejen til at bremse solenergiens energi og dets omdannelse til nyttig elektrisk energi. Mange værker udføres stadig af forskere, og i denne artikel vil vi overveje fem usædvanlige løsninger, som nogle af de moderne forskere udvikler.
Det amerikanske laboratorium for vedvarende energi (NREL) er bygget et solbatteri baseret på halvlederkrystaller, hvis størrelse ikke overstiger flere nanometer, dette er de såkaldte kvantepunkter. Prøven er allerede en mester med hensyn til ekstern og intern kvanteeffektivitet, der udgjorde henholdsvis 114% og 130%.
Disse egenskaber viser forholdet mellem antallet af genererede elektronhullepar og antallet af fotoner, der er indfaldet på prøven (ekstern kvanteeffektivitet), og forholdet mellem antallet af genererede elektroner og antallet af absorberede fotoner (intern kvanteeffektivitet) for en bestemt frekvens.
Den eksterne kvanteeffektivitet er mindre end den interne, da ikke alle absorberede fotoner deltager i genereringen, og nogle af de fotoner, der hændes på panelet, afspejles simpelthen.
Prøven består af følgende dele: et glas i en antireflektionsbelægning, et lag med en gennemsigtig leder, derefter nanostrukturerede lag af zinkoxid og kvantepunkter af bly-selenid, derefter ethanithithiol og hydrazin og et tyndt guldlag som den øvre elektrode.
Den samlede effektivitet af en sådan celle er ca. 4,5%, men dette er nok for den eksperimentelt opnåede temmelig høje kvanteffektivitet for denne kombination af materialer, hvilket betyder, at optimering og forbedring er foran.
Ikke en enkelt solcelle har vist en ekstern kvanteffektivitet over 100%, mens det unikke ved denne NREL-udvikling ligger i det faktum, at hvert foton, der falder på batteriet, skaber mere end et elektron-hulpar ved udgangen.
Årsagen til succesen var den multiple generation af excitons (MEG), en effekt, der først blev brugt til at skabe et fuldt udstyret solbatteri, der er i stand til at generere elektricitet. Effektens intensitet er forbundet med materialets parametre, med båndgabet i halvlederen og også med energien fra den indfaldende foton.
Størrelsen af krystallen er afgørende, da det er inden for et lille volumen, at kvantepunkter begrænser ladningsbærere og kan opsamle overskydende energi, ellers ville denne energi simpelthen gå tabt i form af varme.
Laboratoriet mener, at elementerne, der er baseret på MEG-effekten, er meget værdige kandidater til titlen på en ny generation af solcellepaneler.
En anden usædvanlig tilgang til oprettelse af solceller blev foreslået af Prashant Kamat fra University of Notre Dame. Hans gruppe udviklede et farvestof baseret på kvantepunkter af titandioxid belagt med cadmiumsulfid og cadmium selenid i form af en vand-alkoholblanding.
Pastaen blev påført en glasplade med et ledende lag, derefter fyret, og resultatet blev fotovoltaisk batteri. Et underlag, der er konverteret til et fotovoltaisk panel, behøver kun en elektrode ovenpå, og det er muligt at få en elektrisk strøm ved at placere den i solen.
Forskere mener, at det i fremtiden vil være muligt at skabe maling til biler og til huse og dermed forvandle, siger, taget af et hus eller bilkarosseriet, malet med denne specielle maling, til solpaneler. Dette er forskernes hovedmål.
Selvom effektiviteten ikke er høj, kun 1%, hvilket er 15 gange mindre end konventionelle siliciumpaneler, kan solmaling produceres i store mængder og meget billigt.Således kan energibehov i fremtiden tilfredsstilles, siger kemikere fra Kamat-gruppen, der kalder deres afkom «Sun-troværdig», der oversættes som "sol-sandsynligt."
Næste usædvanlige metode til konvertering af solenergi tilbud på Massachusetts Institute of Technology. Andreas Mershin og kolleger skabte eksperimentelle batterier baseret på et kompleks af biologiske molekyler, der er i stand til at "opsamle" lys.
PS-1 fotosystemet, lånt fra cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, blev foreslået af molekylærbiologen Shuguan Zhang og flere af hans ligesindede mennesker 8 år før starten af de nuværende eksperimenter, Andreas Mershin.
Effektiviteten af systemerne viste sig kun at være omkring 0,1%, men dette er allerede et vigtigt skridt på vejen mod masseindføring i hverdagen, fordi omkostningerne ved at oprette sådanne enheder er ekstremt lave, og generelt kan biologiske ejere oprette deres egne batterier ved hjælp af et sæt kemikalier og en stak friskskåret græs . I mellemtiden vil en række forbedringer øge effektiviteten til 1-2%, dvs. til et kommercielt levedygtigt niveau.
Tidligere lignende celler med fotosystemer kunne kun fungere med rimelighed under laserlys koncentreret strengt på cellen og derefter kun i et smalt bølgelængdeområde. Derudover var dyre kemikalier og laboratorieforhold nødvendige.
Et andet problem var, at de molekylære komplekser, der blev ekstraheret fra planter, ikke kunne eksistere længe. Nu har institutteamet udviklet et sæt overfladeaktive peptider, der omslutter systemet og bevarer det i lang tid.
Ved at øge effektiviteten af lysindsamling løste teamet ved Massachusetts Institute of Technology problemet med at beskytte fotosystemer mod ultraviolet stråling, som tidligere beskadigede fotosystemet.
PS-1 blev nu ikke sået på et glat underlag, men på en overflade med et meget stort effektivt område, disse var 3,8 μm tykke titandioxidrør med porer på 60 nm og tætte zinkoxidstænger, der var flere mikrometer høje og flere hundrede nanometer i diameter .
Disse varianter af fotoanoden gjorde det muligt at øge antallet af chlorophyllmolekyler under lys og beskyttede PS-1-komplekserne mod ultraviolette stråler, da begge materialer absorberer dem godt. Derudover spiller titanrør og zinkstænger også rollen som en ramme og fungerer som elektronbærere, mens PS-1 opsamler lys, assimilerer det og adskiller ladningerne, som det sker i levende celler.
En celle udsat for solen gav en spænding på 0,5 volt med en specifik effekt på 81 mikroW per kvadratcentimeter og en lysstrømtæthed på 362 μA pr. Kvadratcentimeter, som er 10 gange højere end noget andet biovoltaisk system, der tidligere var kendt baseret på naturlige fotosystemer.
Lad os nu tale om organiske polymerbaserede solceller. Hvis de etablerer masseproduktion, vil de være meget billigere end siliciumkonkurrencer, på trods af at de allerede har opnået en effektivitet på 10,9%. Tandem Polymer Solar Battery, oprettet af et team af forskere fra University of California, Los Angeles (UCLA), har flere lag, der hver arbejder med sin egen del af spektret.
Det vigtigste er en vellykket kombination af forskellige stoffer, der ikke forstyrrer hinanden, når man arbejder sammen. Af denne grund udviklede forfatterne specielt konjugerede polymerer med et lavt båndspalte.
I 2011 lykkedes det forskere at få en sådan enkeltlags polymercelle med en effektivitet på 6%, mens tandemcellen viste en effektivitet på 8,62%. Forskerne arbejdede videre med at udvide rækkevidden af arbejdsspektret i det infrarøde område, og de måtte tilføje polymeren fra det japanske firma Sumitomo Chemical, takket være hvilket det lykkedes dem at opnå en effektivitet på 10,9%.
Dette mest succesrige design består af en frontcelle lavet af materiale med et stort båndspalte og en bagcelle med et smalt båndspalte.Udviklerens forfattere hævder, at oprettelsen af en sådan konverter, inklusive materialepriserne, ikke er meget dyre, og teknologien i sig selv er kompatibel med tyndfilm solpaneler, der er produceret i dag.
Det ser ud til, at solceller, der er baseret på organiske polymerer i de næste par år, kommer kommercielt levedygtige, fordi udviklerne planlægger at øge deres effektivitet til 15%, det vil sige til siliciumniveauet.
Afrunder gennemgangen supertynde solpaneler med en tykkelse på 1,9 mikronhvilket er 10 gange tyndere end andre tyndfilmsbatterier oprettet tidligere. Sammen skabte japanske og østrigske forskere et tyndt organisk usædvanligt fleksibelt solcellepanel. Ved demonstrationen blev produktet viklet omkring et menneskehår med en diameter på 70 urn.
Traditionelle materialer blev brugt til at fremstille batteriet, men underlaget var lavet af 1,4 mikrometer tyk polyethylenterephthalat. Med en virkningsgrad på 4,2% var den nye solbatteris specifikke effekt 10 watt pr. Gram, hvilket generelt er 1000 gange højere end den tilsvarende indikator for multikrystallinske siliciumbatterier.
I denne henseende ser det ud til at være lovende at udvikle områder som "smart tekstiler" og "smart hud", hvor elektroniske mikrokredsløb, der er oprettet ved hjælp af lignende teknologi, udover solcellepaneler kan være lige så tynde og fleksible.
Se også på elektrohomepro.com
: