Sončna energija: Kako lahko model "Solar Tarp" izkoristi moč sonca

Energijski potencial sončnih kolektorjev - in ključna omejitev pri njihovi uporabi - je posledica tega, kar so naredili. Plošče iz silicija se znižujejo, tako da lahko na nekaterih lokacijah zagotavljajo elektriko, ki stane približno enako kot fosilna goriva, kot je premog in zemeljski plin. Toda silicijevi sončni kolektorji so tudi zajetno, togi in krhki, zato jih ni mogoče uporabiti povsod.

V mnogih delih sveta, ki nimajo redne elektrike, lahko sončni kolektorji zagotovijo svetlobo za branje po temi in energijo za črpanje pitne vode, pomoč pri napajanju malih gospodinjstev ali podjetjem, ki temeljijo na vasi, ali celo na službi za pomoč v sili in begunskih taborov. Vendar mehanska krhkost, težava in težave pri transportu silicijevih sončnih celic kažejo, da silicij morda ni idealen.

Moja raziskovalna skupina si prizadeva razviti prožne sončne kolektorje, ki bi bili tako učinkoviti kot silikonski panel, vendar bi bili tanki, lahki in upogljivi. Tovrstna naprava, ki jo imenujemo »solarna tarpa«, se lahko razširi na velikost sobe in proizvede elektriko od sonca, lahko pa jo zmečkamo do velikosti grenivke in polnimo v nahrbtnik. več kot 1000-krat brez zlomov. Medtem ko je bilo nekaj truda, da bi organske sončne celice postale bolj prožne, tako da bi bile ultra tanke, je za njihovo resnično vzdržljivost potrebna molekularna struktura, zaradi katere so sončni kolektorji raztegljivi in ​​težki.

Silicijevi polprevodniki

Silicij izhaja iz peska, zaradi česar je poceni. In način, kako se atomi pakirajo v trdni material, je dober polprevodnik, kar pomeni, da se njegova prevodnost lahko vklopi in izklopi z uporabo električnih polj ali svetlobe. Ker je silicij poceni in uporaben, je osnova za mikročipe in vezja v računalnikih, mobilnih telefonih in v bistvu vse druge elektronike, ki prenašajo električne signale iz ene komponente v drugo. Silicij je tudi ključ do večine sončnih celic, saj lahko pretvarja energijo iz svetlobe v pozitivne in negativne naboje. Ti naboji tečejo na nasprotne strani sončne celice in se lahko uporabljajo kot baterija.

Vendar njegove kemijske lastnosti prav tako pomenijo, da se ne more spremeniti v prožno elektroniko. Silicij ne absorbira svetlobe zelo učinkovito. Fotoni lahko preidejo skozi tanko silikonsko ploščo, zato morajo biti precej debeli - okoli 100 mikrometrov, približno debelino dolarskega bona - tako da nobena svetloba ne bo odpadla.

Polprevodniki naslednje generacije

Vendar pa so raziskovalci našli druge polprevodnike, ki so veliko boljši pri absorpciji svetlobe. Eno skupino materialov, ki se imenuje "perovskiti", lahko uporabimo za izdelavo sončnih celic, ki so skoraj enako učinkovite kot silicijeve, vendar s plastmi, ki absorbirajo svetlobo, ki so enake tisočinke debeline, potrebne s silicijem. Kot rezultat, raziskovalci delajo na izgradnji perovskitnih sončnih celic, ki lahko napajajo majhne brezpilotne zrakoplove in druge naprave, kjer je zmanjšanje teže ključni dejavnik.

Nobelova nagrada za kemijo leta 2000 je bila podeljena raziskovalcem, ki so najprej ugotovili, da lahko naredijo drugo vrsto ultra tankega polprevodnika, imenovanega polprevodniški polimer. Ta vrsta materiala se imenuje »organski polprevodnik«, ker temelji na ogljiku in se imenuje »polimer«, ker je sestavljen iz dolgih verig organskih molekul. Organski polprevodniki se že uporabljajo v komercialne namene, tudi v industriji, ki proizvaja milijarde dolarjev organskih svetlečih diod, bolj znanih kot OLED televizorji.

Polimerni polprevodniki niso tako učinkoviti pri pretvarjanju sončne svetlobe v električno energijo kot perovskiti ali silicijevi, vendar so veliko bolj prilagodljivi in ​​potencialno izjemno trajni. Redni polimeri - ne pa polprevodniški - so povsod v vsakdanjem življenju. To so molekule, ki sestavljajo tkanino, plastiko in barvo. Polimerni polprevodniki imajo možnost kombiniranja elektronskih lastnosti materialov, kot je silicij, s fizikalnimi lastnostmi plastike.

Najboljše iz obeh svetov: učinkovitost in trajnost

Plastika ima glede na strukturo široko paleto lastnosti - vključno z fleksibilnostjo, tako kot pri tarpi; in togost, kot so karoserijske plošče nekaterih avtomobilov. Polprevodniški polimeri imajo toge molekularne strukture in mnogi so sestavljeni iz drobnih kristalov. To so ključnega pomena za njihove elektronske lastnosti, vendar so zaradi njih krhki, kar ni zaželen atribut za prožne ali toge predmete.

Delo moje skupine je bilo osredotočeno na opredelitev načinov za ustvarjanje materialov z dobrimi polprevodniškimi lastnostmi in znano je, da je plastika trajnosti - prilagodljiva ali ne. To bo ključnega pomena za mojo idejo o solarni tarp ali odejo, lahko pa vodi tudi do materialov za strešne kritine, zunanjih talnih ploščic ali pa celo do površin cest ali parkirišč.

To delo bo ključnega pomena za izkoriščanje moči sončne svetlobe - ker navsezadnje sončna svetloba, ki udari Zemljo v eni uri, vsebuje več energije kot vsa človeška raba v enem letu.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru Darrena Lipomija. Preberite izvirni članek tukaj.