kategorier: Utvalgte artikler » Interessante elektriske nyheter
Antall visninger: 16945
Kommentarer til artikkelen: 7
Fremtidens 5 uvanlige solcellepaneler
i dag solcellepaneler - langt fra finalen på veien til å dempe sollyset energi og dets omdannelse til nyttig elektrisk energi. Mange arbeider blir fortsatt utført av forskere, og i denne artikkelen vil vi vurdere fem uvanlige løsninger som noen av de moderne forskerne utvikler.
American National Renewable Energy Laboratory (NREL) er bygget et solbatteri basert på halvlederkrystaller, hvis størrelse ikke overstiger flere nanometer, dette er de såkalte kvanteprikkene. Utvalget er allerede en mester når det gjelder ekstern og intern kvanteeffektivitet, som utgjorde henholdsvis 114% og 130%.
Disse egenskapene viser forholdet mellom antall genererte elektronhullspar og antall fotoner som er innfallende på prøven (ekstern kvanteeffektivitet) og forholdet mellom antall genererte elektroner og antall absorberte fotoner (intern kvanteeffektivitet) for en viss frekvens.
Den eksterne kvanteeffektiviteten er mindre enn den interne, siden ikke alle absorberte fotoner deltar i generasjonen, og noen av fotonene som hendes på panelet gjenspeiles ganske enkelt.
Prøven består av følgende deler: et glass i et antirefleksjonsbelegg, et lag med en gjennomsiktig leder, deretter nanostrukturerte lag sinkoksid og kvanteprikker blyselenid, deretter etanditiol og hydrazin, og et tynt lag gull som den øvre elektrode.
Den totale virkningsgraden for en slik celle er omtrent 4,5%, men dette er nok for den eksperimentelt oppnådde ganske høye kvanteeffektiviteten til denne kombinasjonen av materialer, noe som betyr at optimalisering og forbedring ligger foran.
Ikke en eneste solcelle har vist en ekstern kvanteeffektivitet over 100%, mens det unike med denne NREL-utviklingen ligger i det faktum at hvert foton som faller på batteriet skaper mer enn ett elektronhullpar ved utgangen.
Årsaken til suksessen var mangfoldig generasjon av eksitoner (MEG), en effekt som først ble brukt til å lage et fullverdig solbatteri som er i stand til å generere strøm. Effektenes intensitet er assosiert med parametrene til materialet, med båndgapet i halvlederen, samt med energien fra hendelsesfotonet.
Størrelsen på krystallen er avgjørende, siden det er innenfor et lite volum at kvanteprikker begrenser ladningsbærere og kan samle overflødig energi, ellers vil denne energien rett og slett gå tapt i form av varme.
Laboratoriet mener at elementene basert på MEG-effekten er veldig verdige kandidater for tittelen på en ny generasjon solcellepaneler.
En annen uvanlig tilnærming til å lage solceller ble foreslått av Prashant Kamat fra University of Notre Dame. Hans gruppe utviklet et fargestoff basert på kvanteprikker av titandioksyd belagt med kadmiumsulfid og kadmiumselenid i form av en vann-alkoholblanding.
Pastaen ble påført på en glassplate med et ledende lag, deretter avfyrt, og resultatet ble fotovoltaisk batteri. Et underlag omgjort til et solcellepanel trenger bare en elektrode på toppen, og det er mulig å få en elektrisk strøm ved å plassere den i solen.
Forskere tror at det i fremtiden vil være mulig å lage maling for biler og hus, og dermed gjøre, for eksempel, taket på et hus, eller bilkarosseriet, malt med denne spesielle malingen, til solcellepaneler. Dette er hovedmål for forskere.
Selv om virkningsgraden ikke er høy, bare 1%, som er 15 ganger mindre enn konvensjonelle silisiumpaneler, kan solmaling produseres i store volumer og veldig billig.Dermed kan energibehov i fremtiden tilfredsstilles, sier kjemikere fra Kamat-gruppen, som kaller deres avkom «Sun-believable», som oversettes som "solens sannsynlighet."
Neste uvanlige metoden for konvertering av solenergi tilbud på Massachusetts Institute of Technology. Andreas Mershin og kollegene opprettet eksperimentelle batterier basert på et kompleks av biologiske molekyler som er i stand til å "samle" lys.
PS-1-fotosystemet, lånt fra cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, ble foreslått av molekylærbiologen Shuguan Zhang og flere av hans likesinnede mennesker 8 år før starten av nåværende eksperimenter, Andreas Mershin.
Effektiviteten til systemene viste seg å være bare rundt 0,1%, men dette er allerede et viktig skritt på veien mot masseintroduksjon i hverdagen, fordi kostnadene for å lage slike enheter er ekstremt lave, og generelt kan biologiske eiere lage egne batterier ved hjelp av et sett med kjemikalier og en bunke med nyskåret gress . I mellomtiden vil en rekke forbedringer øke effektiviteten til 1-2%, dvs. til et kommersielt levedyktig nivå.
Tidligere kunne lignende celler med fotosystemer bare fungere rimelig under laserlys konsentrert strengt på cellen, og da bare i et smalt bølgelengdeområde. I tillegg var det nødvendig med dyre kjemikalier og laboratorieforhold.
Et annet problem var at molekylkompleksene som ble utvunnet fra planter ikke kunne eksistere lenge. Nå har instituttgruppen utviklet et sett overflateaktive peptider som omslutter systemet og beholder det i lang tid.
Ved å øke effektiviteten av lysinnsamling løste teamet ved Massachusetts Institute of Technology problemet med å beskytte fotosystemer mot ultrafiolett stråling, som tidligere skadet fotosystemet.
PS-1 ble nå ikke sådd på et glatt underlag, men på en overflate med et veldig stort effektivt område, disse var 3,8 μm tykke titandioksydrør med porer på 60 nm, og tette sinkoksydstaver flere mikrometer høye og flere hundre nanometer i diameter .
Disse variantene av fotoanoden gjorde det mulig å øke antall klorofyllmolekyler under lys, og beskyttet PS-1-kompleksene mot ultrafiolette stråler, siden begge materialer absorberer dem godt. I tillegg spiller titanrør og sinkstenger også rollen som et rammeverk og fungerer som elektronbærere, mens PS-1 samler lys, assimilerer det og skiller ladningene, slik som skjer i levende celler.
En celle utsatt for solen ga en spenning på 0,5 volt med en spesifikk effekt på 81 mikroW per kvadratcentimeter og en lysstrømstetthet på 362 μA per kvadratcentimeter, som er 10 ganger høyere enn noe annet biovoltaisk system kjent tidligere basert på naturlige fotosystemer.
La oss snakke om det organiske polymerbaserte solceller. Hvis de etablerer masseproduksjon, vil de være mye billigere enn silisiumkonkurrenter, til tross for at de allerede har oppnådd en effektivitet på 10,9%. Tandem Polymer Solar Battery, skapt av et team av forskere fra University of California, Los Angeles (UCLA), har flere lag, som hver fungerer med sin egen del av spekteret.
En vellykket kombinasjon av forskjellige stoffer som ikke forstyrrer hverandre når man jobber sammen, er det viktigste poenget. Av denne grunn utviklet forfatterne spesielt konjugerte polymerer med et lite båndgap.
I 2011 klarte forskere å få en slik en-lags polymercelle med en effektivitet på 6%, mens tandemcellen viste en virkningsgrad på 8,62%. For å jobbe videre, forsøkte forskerne å utvide rekkevidden for arbeidspektret i det infrarøde området, og de måtte legge til polymeren til det japanske selskapet Sumitomo Chemical, takket være det de klarte å oppnå en effektivitet på 10,9%.
Denne mest suksessrike designen består av en fremre celle laget av et materiale med et stort båndgap, og en bakcelle med et smalt båndgap.Forfatterne av utviklingen hevder at opprettelsen av en slik omformer, inkludert materialkostnadene, ikke er veldig dyr, i tillegg er teknologien i seg selv kompatibel med tynnfilm solcellepaneler produsert i dag.
Det ser ut til at i løpet av de neste årene vil solceller basert på organiske polymerer bli kommersielt levedyktige, fordi utviklerne planlegger å øke effektiviteten til 15%, det vil si til nivået av silisium.
Avrunder vurderingen supertynne solcellepaneler med en tykkelse på 1,9 mikronsom er 10 ganger tynnere enn andre tynnfilmsbatterier opprettet tidligere. Sammen skapte japanske og østerrikske forskere et tynt organisk uvanlig fleksibelt solcellepanel. Under demonstrasjonen ble produktet pakket rundt et menneskehår med en diameter på 70 um.
Tradisjonelle materialer ble brukt til å lage batteriet, men underlaget var laget av 1,4 mikrometer tykt polyetylentereftalat. Med en effektivitet på 4,2% var den spesifikke effekten til det nye solenergibatteriet 10 watt per gram, noe som vanligvis er 1000 ganger høyere enn den tilsvarende indikatoren for multikrystallinske silisiumbatterier.
I denne forbindelse virker det som lovende å utvikle områder som "smarte tekstiler" og "smart hud", der elektroniske mikrokretser laget av lignende teknologi i tillegg til solcellepaneler kan være like tynne og fleksible.
Se også på elektrohomepro.com
: