Saulės energija: kaip „saulės tarpas“ gali panaudoti Saulės energiją

Saulės kolektorių energijos generavimo potencialas - ir pagrindinis jų naudojimo apribojimas - yra rezultatas, kurį jie pagamino. Plokštės, pagamintos iš silicio, mažėja taip, kad kai kuriose vietose jie gali tiekti elektros energiją, kuri kainuoja maždaug tokį patį energijos kiekį kaip iškastinis kuras, pvz., Anglis ir gamtinės dujos. Tačiau silicio saulės kolektoriai taip pat yra stambūs, standūs ir trapūs, todėl jie negali būti naudojami bet kur.

Daugelyje pasaulio vietų, kuriose nėra reguliarios elektros energijos, saulės kolektoriai po tamsios šviesos gali suteikti skaitymo šviesą ir energiją siurbti geriamąjį vandenį, padėti mažoms namų ūkio ar kaimo įmonėms, netgi aptarnauti avarines prieglaudas ir pabėgėlių stovyklas. Tačiau silicio saulės kolektorių mechaninis trapumas, sunkumas ir transportavimo sunkumai rodo, kad silicis gali būti idealus.

Remdamasis kitų tyrimų rezultatais, mano mokslinių tyrimų grupė stengiasi sukurti lanksčias saulės plokštes, kurios būtų tokios pat veiksmingos kaip silicio plokštė, bet būtų plonos, lengvos ir lenkiamos. Šis prietaisas, kurį vadiname „saulės tarpu“, gali būti išsidėstęs į kambario dydį ir generuoti elektros energiją iš saulės, ir jį galima pakelti iki greipfrutų dydžio ir įdaryti į kuprinę kaip daugiau kaip 1000 kartų be pertraukų. Nors yra tam tikrų pastangų, kad organiniai saulės elementai taptų lankstesni, nes jie būtų itin ploni, tikrasis ilgaamžiškumas reikalauja molekulinės struktūros, dėl kurios saulės kolektoriai tampa patvarūs ir sunkūs.

Silicio puslaidininkiai

Silicis yra gaunamas iš smėlio, todėl jis pigesnis. Tai, kaip jo atomai pakrauna į kietą medžiagą, daro jį geru puslaidininkiu, o tai reiškia, kad jo laidumas gali būti įjungtas ir išjungiamas naudojant elektrinius laukus ar šviesą. Kadangi jis yra pigus ir naudingas, silicis yra kompiuterių, mobiliųjų telefonų ir iš esmės visos kitos elektronikos mikroschemų ir grandinių plokščių pagrindas, perduodantis elektros signalus iš vieno komponento į kitą. Silicis taip pat yra raktas į daugumą saulės kolektorių, nes jis gali konvertuoti energiją iš šviesos į teigiamus ir neigiamus įkrovimus. Šie krūviai teka į priešingas saulės elemento puses ir gali būti naudojami kaip baterija.

Tačiau jo cheminės savybės taip pat reiškia, kad jos negalima paversti lanksčia elektronika. „Silicon“ nelabai efektyviai sugeria šviesą. Fotonai gali pereiti per per silpną plokštę, kuri yra per plona, ​​todėl jie turi būti gana stori - apie 100 mikrometrų, apie dolerio sąskaitos storį - taip, kad nė viena šviesa nepatektų į atliekas.

Kitas kartos puslaidininkiai

Tačiau mokslininkai rado kitus puslaidininkius, kurie yra geriau sugeria šviesą. Viena medžiagų grupė, vadinama „perovskitais“, gali būti naudojama saulės elementų, kurie yra beveik tokie pat veiksmingi, kaip silicio, gamybai, tačiau su šviesą sugeriančiais sluoksniais, kurie yra vienas tūkstantis storio, reikalingo siliciui. Todėl mokslininkai dirba kurdami saulės elementus, kurie gali maitinti mažus nepilotuojamus orlaivius ir kitus prietaisus, kuriuose svorio mažinimas yra pagrindinis veiksnys.

2000 m. Nobelio chemijos premija buvo apdovanota tyrėjams, kurie pirmą kartą nustatė, kad jie gali gaminti kito tipo itin ploną puslaidininkį, vadinamą puslaidininkiniu polimeru. Tokio tipo medžiaga vadinama „organiniu puslaidininkiu“, nes ji yra pagrįsta anglies dioksidu, ir ji vadinama „polimeru“, nes ją sudaro ilgos organinių molekulių grandinės. Ekologiški puslaidininkiai jau naudojami komerciniu mastu, įskaitant milijardo dolerių pramonės organinių šviesos diodų ekranus, geriau žinomus kaip OLED televizoriai.

Polimerų puslaidininkiai ne taip efektyviai paverčia saulės šviesą į elektros energiją kaip perovskitus ar silicį, tačiau jie yra daug lankstesni ir galbūt nepaprastai patvarūs. Reguliarūs polimerai - ne puslaidininkiai - randami visur kasdieniame gyvenime. Jie yra audiniai, plastikai ir dažai. Polimerų puslaidininkiai turi galimybę derinti elektronines medžiagų, pvz., Silicio, savybes su fizinėmis plastiko savybėmis.

Geriausias iš abiejų pasaulių: efektyvumas ir patvarumas

Priklausomai nuo jų konstrukcijos, plastikai pasižymi įvairiomis savybėmis, įskaitant ir lankstumą, kaip ir tarpas; ir standumas, pavyzdžiui, kai kurių automobilių kėbulo plokštės. Puslaidininkiniai polimerai turi standžią molekulinę struktūrą, ir daugelis jų susideda iš mažų kristalų. Tai yra raktas į jų elektronines savybes, tačiau yra linkęs jas padaryti trapiais, o tai nėra pageidaujamas lankstų ar standžių elementų atributas.

Mano grupės darbas buvo skirtas nustatyti būdus, kaip sukurti medžiagas, turinčias gerų puslaidininkių savybių, ir žinoma, ar patvarūs plastikai yra lankstūs ar ne. Tai bus raktas į mano saulės tarą ar antklodę, bet taip pat gali sukelti stogo dangos medžiagas, lauko grindų plyteles arba netgi kelių ar automobilių stovėjimo aikštelių paviršius.

Šis darbas bus raktas į saulės šviesos panaudojimą, nes, galų gale, saulės spinduliai, kurie įtrūksta į žemę per vieną valandą, turi daugiau energijos nei visa žmonija per metus.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Darren Lipomi pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.