קטגוריות: מאמרים מוצגים » חדשות חשמליות מעניינות
מספר צפיות: 16945
הערות לכתבה: 7
5 פאנלים סולאריים יוצאי דופן של העתיד
היום לוחות סולאריים סיליקון - רחוק מהפינאלה בדרך לריסון האנרגיה של אור השמש והפיכתה לאנרגיה חשמלית שימושית. עבודות רבות עדיין מבוצעות על ידי מדענים, ובמאמר זה נשקול חמישה פתרונות חריגים שחלק מהחוקרים המודרניים מפתחים.
המעבדה האמריקאית לאנרגיה מתחדשת (NREL) בנויה סוללה סולארית המבוססת על גבישי מוליכים למחצה, שגודלם אינו עולה על מספר ננומטרים, אלה הם הנקראים נקודות קוונטיות. המדגם הוא כבר אלוף מבחינת היעילות הקוונטית החיצונית והפנימית, שהסתכמה בכ- 114% ו -130% בהתאמה.
מאפיינים אלה מראים את היחס בין מספר זוגות חור האלקטרונים שנוצרו למספר הפוטונים שקורים במדגם (יעילות קוונטית חיצונית) והיחס בין מספר האלקטרונים שנוצרו למספר הפוטונים הספוגים (יעילות קוונטית פנימית) עבור תדר מסוים.
היעילות הקוונטית החיצונית פחותה מהפנימית, מכיוון שלא כל הפוטונים הנקלטים משתתפים בדור, וחלק מהפוטונים המתרחשים בלוח פשוט משתקפים.
הדגימה מורכבת מהחלקים הבאים: כוס בציפוי נגד כיוון, שכבה של מוליך שקוף, לאחר מכן שכבות ננו-מבניות של תחמוצת אבץ ונקודות קוונטיות של סלניום עופרת, ואז אתנידיול והידראזין, ושכבה דקה של זהב כאלקטרודה העליונה.
היעילות הכוללת של תא כזה עומדת על כ- 4.5%, אולם זה מספיק ליעילות הקוונטית המתקבלת באופן ניסיוני של שילוב חומרים זה, וזה אומר מיטוב ושיפור קדימה.
אף תא סולארי אחד לא הראה יעילות קוונטית חיצונית מעל 100%, בעוד שהייחודיות בפיתוח NREL זו נעוצה בעובדה שכל פוטון שנופל על הסוללה יוצר יותר מצמד חור אחד אלקטרונים ביציאה.
הסיבה להצלחה הייתה הדור המרובה של האקסיטונים (MEG), אפקט ששימש לראשונה ליצירת מצבר סולארי מן המניין המסוגל לייצר חשמל. עוצמת האפקט קשורה לפרמטרים של החומר, לפער הלהקה במוליך המוליכים למחצה, כמו גם לאנרגיה של הפוטון האירוע.
גודל הקריסטל הוא קריטי מכיוון שנקודות קוונטיות מגבילות את נשאי המטען ויכולות לאסוף עודפי אנרגיה, כיוון שאנרגיה זו פשוט תאבד בצורת חום.
במעבדה מאמינים כי האלמנטים המבוססים על אפקט MEG הם מועמדים ראויים מאוד לתואר דור חדש של פאנלים סולאריים.
גישה יוצאת דופן נוספת ליצירת תאים סולאריים הוצעה על ידי פראשנט קמט מאוניברסיטת נוטרדאם. קבוצתו פיתחה צבע על בסיס נקודות קוונטיות של טיטניום דו-חמצני המצופה בקדמיום גופרתי וקדמיום סלניום בצורת תערובת אלכוהול מים.
העיסה הוחלה על צלחת זכוכית בשכבה מוליכה, ואז נורתה והתוצאה הייתה סוללה פוטו וולטאית. מצע שהוסב ללוח פוטו-וולטאי זקוק רק לאלקטרודה מלמעלה, וניתן להשיג זרם חשמלי על ידי הצבתו בשמש.
מדענים מאמינים שבעתיד ניתן יהיה ליצור צבע למכוניות ולבתים, וכך להפוך, נניח, את גג הבית, או את גוף המכונית, המצוירים בצבע מיוחד זה, לפאנלים סולאריים. זו המטרה העיקרית של החוקרים.
למרות שהיעילות אינה גבוהה, רק 1%, שהם פחות פי 15 מלוחות סיליקון קונבנציונליים, ניתן לייצר צבע סולארי בנפחים גדולים, וזול מאוד.כך, צרכי האנרגיה בעתיד יכולים להיות מרוצים, אומרים כימאים מקבוצת קמת, המכנים את צאצאיהם "אמין שמש"שפירושו "סביר לשמש".
הבא יוצא דופן שיטת המרת אנרגיה סולארית הצעה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. אנדראס מרשין ועמיתיו יצרו סוללות ניסוי המבוססות על קומפלקס של מולקולות ביולוגיות המסוגלות "לאסוף" אור.
מערכת הצילום PS-1, שהושאלה מ- cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, הוצעה על ידי הביולוג המולקולרי שוגואן ג'אנג וכמה מאנשי דמיונו, 8 שנים לפני תחילת הניסויים הנוכחיים, אנדראס מרשין.
יעילות המערכות התבררה כ- 0.1% בלבד, אך זהו כבר צעד חשוב בדרך להכנסות המוניות לחיי היומיום, מכיוון שהעלויות של יצירת מכשירים כאלה נמוכות ביותר, ובאופן כללי בעלי ביולוגים יכולים ליצור סוללות משלהם באמצעות סט כימיקלים וערמת דשא חתוך טרי. . בינתיים, מספר שיפורים יגדילו את היעילות ל- 1-2%, כלומר לרמה בת-קיימא מבחינה מסחרית.
תאים דומים קודמים עם מערכות פוטוס יכולות לפעול באופן סביר רק תחת אור לייזר המרוכז אך ורק בתא, ואז רק בטווח אורך גל צר. בנוסף, היה צורך בכימיקלים ובתנאי מעבדה יקרים.
בעיה נוספת הייתה שהתסביכים המולקולריים המופקים מצמחים לא יכלו להתקיים לאורך זמן. כעת, צוות המכון פיתח קבוצה של פפטידים פעילים לפני השטח העוטפים את המערכת ושומרים עליה לאורך זמן.
על ידי הגברת היעילות של איסוף האור, הצוות במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס פתר את בעיית ההגנה על מערכות פוטוש מפני קרינה אולטרה סגולה, שפגעה בעבר במערכת הצילום.
PS-1 נזרע כעת לא על מצע חלק, אלא על משטח עם שטח יעיל מאוד גדול, אלה היו צינורות טיטניום דו חמצני בעובי 3.8 מיקרומטר עם נקבוביות של 60 ננומטר, ומוטות תחמוצת אבץ צפופים בגובה של כמה מיקרומטר וכמה מאות ננומטר בקוטר. .
וריאנטים אלה של הפוטאנודה אפשרו להגדיל את מספר מולקולות הכלורופיל מתחת לאור והגנו על מתחמי ה- PS-1 מפני קרניים אולטרה סגולות, מכיוון ששני החומרים סופגים אותם היטב. בנוסף, צינורות טיטניום ומוטות אבץ ממלאים גם הם את התפקיד של מסגרת ומשמשים כנשאי אלקטרונים, ואילו ה- PS-1 אוסף אור, מטמיע אותו ומפריד בין המטענים, כפי שקורה בתאים חיים.
תא שנחשף לשמש נתן מתח של 0.5 וולט בהספק ספציפי של 81 מיקרו וואט לסנטימטר רבוע וצפיפות זרם פוטו של 362 מיקרו-אמטר לסנטימטר רבוע, שהוא גבוה פי 10 מכל מערכת ביו-וולטאית אחרת הידועה בעבר על בסיס מערכות פוטנציאל טבעיות.
עכשיו בואו נדבר על תאים סולאריים אורגניים מבוססי פולימר. אם הם יקים ייצור המוני, אז הם יהיו זולים בהרבה ממתחרות סיליקון, למרות שהם כבר השיגו יעילות של 10.9%. סוללת סוללת פולימר טנדם, שנוצר על ידי צוות מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA), יש כמה שכבות שכל אחת מהן עובדת עם חלק משלה של הספקטרום.
השילוב המוצלח של חומרים שונים שלא מפריעים אחד לשני בעבודה משותפת הוא הנקודה החשובה ביותר. מסיבה זו, המחברים פיתחו פולימרים מצומדים במיוחד עם פער בנד נמוך.
בשנת 2011 הצליחו מדענים להשיג תא פולימר שכבה יחיד כזה ביעילות של 6%, בעוד שתא הטנדם הציג יעילות של 8.62%. בעבודה נוספת התכוונו החוקרים להרחיב את טווח הספקטרום העובד באזור האינפרא אדום, והם נאלצו להוסיף את הפולימר של החברה היפנית Sumitomo Chemical, בזכותה הצליחו להשיג יעילות של 10.9%.
העיצוב המוצלח ביותר הזה מורכב מתא קדמי העשוי מחומר עם פער פס גדול, ותא אחורי עם מרווח פס צר.כותבי הפיתוח טוענים כי יצירת ממיר כזה, כולל עלות החומרים, אינה יקרה במיוחד, יתר על כן, הטכנולוגיה עצמה תואמת לפאנלים סולאריים דקים המיוצרים כיום.
נראה שבשנים הקרובות תאים סולאריים המבוססים על פולימרים אורגניים יהפכו למימוש מסחרי, מכיוון שהמפתחים מתכננים להגדיל את יעילותם ל- 15%, כלומר לרמת הסיליקון.
סיום הסקירה פאנלים סולאריים דקים במיוחד בעובי 1.9 מיקרוןשהוא רזה פי עשרה מכל סוללות סרט דק אחרות שנוצרו קודם לכן. יחד יצרו מדענים יפנים ואוסטרים פאנל סולארי אורגני דק וגמיש במיוחד. בהפגנה היה המוצר עטוף סביב שיער אדם בקוטר 70 מיקרומטר.
חומרים מסורתיים שימשו לייצור הסוללה, אך המצע היה עשוי מ 1.4-מיקרון עבה טרפטלט. ביעילות של 4.2%, ההספק הספציפי של הסוללה הסולארית החדשה היה 10 וואט לגרם, שהוא בדרך כלל פי 1000 מהמחוון המקביל לסוללות סיליקון רב-גבישיות.
בהקשר זה נראה מבטיח להתפתחות של אזורים כמו "טקסטיל חכם" ו"עור חכם ", כאשר בנוסף לפאנלים סולאריים, מעגלי מיקרו אלקטרוניים שנוצרו בטכנולוגיה דומה עשויים להיות דקים וגמישים באותה מידה.
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: