Solárna energia: Ako "Solárny Tarp" Design môže využiť Slnko Power

Energetický potenciál solárnych panelov - a kľúčovým obmedzením ich používania - je výsledkom toho, z čoho sú vyrobené. Panely vyrobené zo silikónu znižujú cenu tak, že v niektorých lokalitách môžu poskytovať elektrinu, ktorá stojí približne rovnako ako energia z fosílnych palív, ako je uhlie a zemný plyn. Silikónové solárne panely sú však tiež objemné, tuhé a krehké, takže ich nemožno používať nikde.

V mnohých častiach sveta, ktoré nemajú pravidelnú elektrickú energiu, by solárne panely mohli poskytovať svetlo na čítanie po zotmení a energii na čerpanie pitnej vody, pomoc pri napájaní malých domácností alebo podnikov založených na dedine, alebo dokonca slúžiť núdzovým prístrešiam a táborom pre utečencov. Ale mechanická krehkosť, ťažkosť a ťažkosti pri preprave silikónových solárnych panelov naznačujú, že kremík nemusí byť ideálny.

Moja výskumná skupina, ktorá vychádza z práce iných, pracuje na vývoji flexibilných solárnych panelov, ktoré by boli rovnako účinné ako silikónové panely, ale boli by tenké, ľahké a ohybné. Tento druh zariadenia, ktorý nazývame „solárnou plachtou“, by mohol byť rozložený na veľkosť miestnosti a generovať elektrinu zo slnka a mohol by byť navinutý do veľkosti grapefruitu a plnený do batohu ako až 1000 krát bez porušenia. Aj keď existuje určitá snaha o to, aby sa organické solárne články stali flexibilnejšími jednoducho ich vytvorením ultra tenkých, skutočná životnosť vyžaduje molekulárnu štruktúru, ktorá robí solárne panely rozťažnými a odolnými.

Silicon Semiconductors

Kremík je odvodený z piesku, čo ho robí lacným. A spôsob, akým sa jeho atómy balia do pevného materiálu, z neho robí dobrý polovodič, čo znamená, že jeho vodivosť sa dá zapínať a vypínať pomocou elektrických polí alebo svetla. Keďže je kremík lacný a užitočný, je základom mikročipov a obvodových dosiek v počítačoch, mobilných telefónoch av podstate všetkých ostatných elektronických zariadení, ktoré prenášajú elektrické signály z jedného komponentu do druhého. Kremík je tiež kľúčom k väčšine solárnych panelov, pretože dokáže premeniť energiu zo svetla na kladné a záporné náboje. Tieto náboje prúdia na opačné strany solárneho článku a môžu byť použité ako batéria.

Ale jeho chemické vlastnosti tiež znamenajú, že sa nemôžu zmeniť na flexibilnú elektroniku. Silikón neabsorbuje svetlo veľmi efektívne. Fotóny môžu prechádzať cez silikónový panel, ktorý je príliš tenký, takže musia byť dosť hrubé - okolo 100 mikrometrov, o hrúbke dolárovej bankovky - takže žiadne svetlo neprechádza do odpadu.

Polovodiče novej generácie

Vedci však našli iné polovodiče, ktoré sú oveľa lepšie pri absorbovaní svetla. Jedna skupina materiálov, nazývaná perovskity, sa môže použiť na výrobu solárnych článkov, ktoré sú takmer rovnako účinné ako silikónové, ale s vrstvami absorbujúcimi svetlo, ktoré sú jedna tisícina hrúbky potrebnej pre kremík. Ako výsledok, výskumníci pracujú na budovaní perovskite solárnych článkov, ktoré môžu napájať malé bezpilotné lietadlá a ďalšie zariadenia, kde zníženie hmotnosti je kľúčovým faktorom.

Nobelova cena za chémiu v roku 2000 bola udelená výskumníkom, ktorí najprv zistili, že by mohli vytvoriť ďalší typ ultra tenkého polovodiča, ktorý sa nazýva polovodivý polymér. Tento typ materiálu sa nazýva „organický polovodič“, pretože je založený na uhlíku a nazýva sa „polymér“, pretože pozostáva z dlhých reťazcov organických molekúl. Organické polovodiče sú už komerčne využívané, a to aj v miliardovom priemysle organických displejov s emitujúcimi diódami, ktoré sú známe ako OLED televízory.

Polymérové ​​polovodiče nie sú také efektívne pri premene slnečného žiarenia na elektrinu ako perovskity alebo kremík, ale sú oveľa flexibilnejšie a potenciálne mimoriadne trvanlivé. Bežné polyméry - nie polovodivé - sa nachádzajú všade v každodennom živote. Sú to molekuly, ktoré tvoria textílie, plasty a farby. Polymérové ​​polovodiče majú potenciál kombinovať elektronické vlastnosti materiálov ako je kremík s fyzikálnymi vlastnosťami plastu.

To najlepšie z oboch svetov: efektívnosť a trvanlivosť

V závislosti od ich štruktúry majú plasty široké spektrum vlastností - vrátane pružnosti, ako pri plachte; a tuhosť, podobne ako panely karosérie niektorých automobilov. Polovodivé polyméry majú tuhé molekulárne štruktúry a mnohé z nich sú tvorené malými kryštálmi. Tieto sú kľúčom k ich elektronickým vlastnostiam, ale majú sklon krehnúť, čo nie je žiaduci atribút pre flexibilné alebo tuhé položky.

Práca mojej skupiny bola zameraná na identifikáciu spôsobov, ako vytvoriť materiály s dobrými polovodičovými vlastnosťami a odolnosť plastov, ktoré sú známe - či už flexibilné alebo nie. To bude kľúčom k mojej myšlienke solárnej plachty alebo prikrývky, ale mohlo by to tiež viesť k strešným materiálom, vonkajším obkladom dlažieb, prípadne aj povrchom ciest alebo parkovísk.

Táto práca bude kľúčom k využitiu sily slnečného svetla - pretože koniec koncov, slnečné svetlo, ktoré zasiahne Zem v jedinej hodine, obsahuje viac energie, ako to celé ľudstvo používa za rok.

Tento článok bol pôvodne uverejnený na Konverzácii Darren Lipomi. Prečítajte si pôvodný článok.