Całkowicie węglowe ogniwa słoneczne będą oznaczać tanie i elastyczne panele słoneczne

Wykorzystując worek z nowatorskimi nanomateriałami, naukowcy ze Stanford University zbudowali pierwsze całkowicie węglowe ogniwa słoneczne. Ich fotowoltaika węglowa nie wytwarza dużo energii elektrycznej, ale ponieważ technologia jest udoskonalona, ​​ogniwa całkowicie węglowe mogą być niedrogie, nadające się do drukowania, elastyczne i wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać ekstremalne warunki i warunki pogodowe.

Ogniwo węglowe: Całkowicie węglowe ogniwo słoneczne składa się z warstwy fotoaktywnej między dwiema elektrodami.

Celem nie jest zastąpienie ogniw słonecznych wykonanych z krzemu i innych materiałów nieorganicznych, mówi Zhenan Bao , profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Stanforda, który kierował pracami. Ma raczej zapełnić nowe nisze. Węgiel jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na ziemi i jest wszechstronny, mówi Bao.

Węgiel jest niezwykle wytrzymały — grafen o grubości atomu i długie, cienkie nanorurki węglowe to dwa z najmocniejszych materiałów, jakie kiedykolwiek testowano. Tak więc fotowoltaika węglowa może być natryskiwana na boki budynków lub zwinięta i wywieziona na pustynię. Można drukować różne formy węgla, aby uzyskać cienką, elastyczną, przezroczystą, a nawet rozciągliwą elektronikę.

Dzięki swojej wszechstronności do produkcji każdego elementu ogniwa słonecznego użyto węgla w takiej czy innej formie. Trzy główne części — katoda z nanorurek i anoda grafenowa z warstwą aktywną wykonaną z nanorurek i kulek Buckyballa — zostały wykonane przez nadruk lub odparowanie z atramentu.

Jak mówi Bao, najtrudniejsze było sprawienie, by katoda działała — naukowcom trudno było wytworzyć nanomateriały węglowe zbierające elektrony. Naukowcy ze Stanford rozwiązali problem, wybierając odpowiedni smak nanorurek i poddając je obróbce chemicznej. Ta praca jest opisana w czasopiśmie ACS Nano .

Całkowicie węglowa fotowoltaika przekształca mniej niż 1 procent energii światła w energię elektryczną (dla porównania, krzemowe ogniwo słoneczne zamienia około 20 procent światła w energię elektryczną). Jednak Bao mówi, że jej grupa pracowała głównie z materiałami z półki, z odrobiną dostrojenia. Przypisuje część problemu chropowatości filmów węglowych, które podnoszą ładunki podróżne, i mówi, że powinno być możliwe ich wygładzenie poprzez pracę nad metodami przetwarzania.

Nanomateriały węglowe są wciąż stosunkowo nowymi materiałami, mówi Bao. Istnieje wiele badań nad tym, jak kontrolować ich właściwości i jak z nich korzystać.

Badacz IBM Yorktown i 2011 Przegląd technologii MIT młody innowator Fengnian Xia, który nie jest zaangażowany w prace, zgadza się, twierdząc, że ogniwa słoneczne wymagają lepszej jakości materiałów wyjściowych i procesów. Pomysł jest świetny i jest to dobra pierwsza demonstracja, ale nie jest gotowy do realistycznych zastosowań, mówi.

Inne grupy koncentrują się na tworzeniu lepszych materiałów węglowych do aktywnych warstw fotowoltaiki. Według obliczeń teoretycznych wg Jeffrey Grossman w MIT węglowe ogniwa słoneczne powinny być w stanie osiągnąć 13-procentową wydajność konwersji.

Aby węglowe ogniwa słoneczne były opłacalne komercyjnie, mówi Shenqiang Ren , adiunkt chemii na Uniwersytecie Kansas, ich skuteczność musi przekroczyć 10 proc. Laboratorium Rena ustanowiło rekord wydajności konwersji węglowych ogniw słonecznych (wyposażonych w konwencjonalne elektrody metalowe) na poziomie 1,3 procent we wrześniu, w pracach, które pojawiły się w ACS Nano . To o tym, jak dobrze sprawdziły się pierwsze polimerowe ogniwa słoneczne, zauważa.

Ren współpracuje z naukowcami zajmującymi się materiałami obliczeniowymi, w tym z Grossmanem, nad zaprojektowaniem lepszej fotowoltaiki węglowej, wybierając odpowiednie rodzaje nanomateriałów węglowych. Dzięki tym wskazówkom, Ren mówi, jego laboratorium wyprodukowało już węglowe ogniwa słoneczne, które przekształcają 5 procent energii świetlnej w energię elektryczną i spodziewa się, że będzie jeszcze wyższy.

ukryć