Ogniwa słoneczne Nanopillar

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley stworzyli nowy rodzaj ogniwa słonecznego, hodując szereg pionowych słupków w nanoskali na folii aluminiowej. Tworzą giętkie ogniwa słoneczne, zamykając całe ogniwo w przezroczystym, gumowatym polimerze. Naukowcy sugerują, że projekt może doprowadzić do powstania ogniw słonecznych, które kosztują mniej niż konwencjonalna fotowoltaika krzemowa.

Tanie słoneczne : Nowe ogniwo słoneczne składa się z szeregu wyprostowanych nanofilarów siarczku kadmu (na dole) osadzonych w matrycy z tellurku kadmu. Całe ogniwo, wykonane na cienkiej folii aluminiowej, staje się podatne na zginanie po zamknięciu w polimerze.

Nanofilary umożliwiają naukowcom stosowanie tańszych materiałów o niższej jakości niż te stosowane w konwencjonalnych technologiach krzemowych i cienkowarstwowych. Co więcej, technika wykorzystywana do wytwarzania ogniw może być dostosowana do produkcji rolek elastycznych paneli na cienkiej folii aluminiowej, co obniży koszty produkcji, mówi Ali Javey , profesor elektrotechniki i informatyki, który kierował pracami. Praca jest na wczesnym etapie i nie poznasz kosztów, dopóki nie zrobisz tego w procesie roll-to-roll, mówi. Ale jeśli możesz to zrobić, koszt może być 10 razy niższy niż koszt produkcji [krystalicznych] paneli krzemowych.

Ogniwa słoneczne są wykonane z jednolitych 500-nanometrowych filarów z siarczku kadmu, osadzonych w cienkiej warstwie tellurku kadmu. Oba materiały są półprzewodnikami stosowanymi w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych. W Internecie Materiały przyrodnicze Na papierze Javey i jego koledzy wykazali, że ogniwa mają wydajność około 6% w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną. Inni wyprodukowali ogniwa o konstrukcji filarowej, mówi, ale stosowali drogie metody do wzrostu filarów i nie mogli uzyskać wydajności powyżej 2 procent.

W konwencjonalnych ogniwach krzem pochłania światło i tworzy wolne elektrony, które muszą dostać się do obwodu elektrycznego, zanim zostaną uwięzione w defektach lub zanieczyszczeniach materiału. Wymaga to niezwykle czystego, drogiego krzemu krystalicznego, aby uzyskać najbardziej wydajne urządzenia fotowoltaiczne.

Konstrukcja nanofilarów rozdziela obowiązki krzemu: materiał otaczający kolumny pochłania światło, a kolumny przenoszą je do obwodu elektrycznego. Zwiększa to wydajność na dwa sposoby. Ściśle ułożone słupki zatrzymują światło między nimi, pomagając otaczającemu materiałowi wchłonąć więcej. Elektrony mają również bardzo krótką drogę do przebycia przez filary, więc istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że zostaną uwięzione w defektach. Oznacza to, że możesz używać tańszych materiałów niskiej jakości, mówi Javey.

Inni produkują ogniwa słoneczne o różnych nanostrukturach. Profesor chemii Uniwersytetu Harvarda, Charles Lieber, wykonał nanoprzewody składające się z rdzenia krzemowego i różnych koncentrycznych warstw krzemowych. Peidong Yang , profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, wyprodukował wrażliwe na barwnik ogniwa słoneczne z nanoprzewodami z tlenku cynku. Te ogniwa słoneczne z nanoprzewodami osiągnęły sprawność na poziomie 4 procent.

Javey i jego koledzy tworzą ogniwo nanofilarowe, najpierw anodując folię aluminiową. Tworzy to okresowy układ porów o szerokości 200 nanometrów, które działają jak szablony do wzrostu kryształów siarczku kadmu. Następnie pojawia się powłoka z tellurku kadmu i górna elektroda, warstwa miedzi i złota. Przymocowują ogniwo do szklanej płytki lub uelastyczniają je, wylewając na wierzch roztwór polimeru i ustawiając je.

To ekscytujący postęp w integracji nanomateriałów inżynieryjnych z różnorodnymi miękkimi podłożami do wytwarzania elastycznych i składanych wysokowydajnych ogniw słonecznych, mówi Zhong Lin Wang , profesor materiałoznawstwa i inżynierii w Georgia Tech. Ale ogniwo będzie musiało konkurować z cienkowarstwowymi elastycznymi ogniwami słonecznymi wykonanymi z krzemu, tellurku kadmu i innych materiałów, mówi Artur Nozik , fizykochemik, który bada nanoogniwa słoneczne w National Renewable Energy Laboratory w Golden w stanie Kolorado. W przeciwieństwie do elastyczności nowego ogniwa, uważam, że zaletą może być niski koszt.

Na razie naukowcy badają materiały, które mogłyby poprawić wydajność ogniw. Na przykład górna warstwa miedzi i złota jest przezroczysta tylko w 50 procentach. Gdyby całe światło padające na nią przeszło, wydajność ogniwa mogłaby już być podwojona, mówi Javey. Naukowcy planują stworzyć ogniwa z przezroczystych materiałów przewodzących, takich jak tlenek indu. Mówi, że istnieje znaczne pole do poprawy, przynajmniej dwukrotnie, poprzez zwykłe ulepszenie lub wymianę naszego górnego materiału kontaktowego.

Naukowcy zamierzają również wypróbować inne materiały półprzewodnikowe na filary i otaczający materiał. Javey mówi, że proces wytwarzania jest kompatybilny z szeroką gamą półprzewodników, a inne kombinacje mogą podnieść wydajność.

Wypróbowanie innych materiałów półprzewodnikowych może być również ważne, biorąc pod uwagę problemy z toksycznością kadmu, zauważa Yang z Berkeley. Mimo to, jak mówi, najważniejsza jest architektura – materiały, nad którymi możemy dalej pracować. Piękno tego artykułu jest demonstracją tego, jak dobrze działa architektura.

ukryć