211service.com
Popychanie plastikowych ogniw słonecznych
Plastikowe ogniwa słoneczne są lekkie, elastyczne i, co najważniejsze, tanie w produkcji. Jednak jak dotąd urządzenia te były zbyt nieefektywne, aby konkurować z krzemowymi ogniwami słonecznymi w większości zastosowań. Teraz naukowcy z kilku instytucji twierdzą, że stworzyli polimerowe ogniwa słoneczne z rekordową wydajnością. Ogniwa te nadal nie są wystarczająco dobre, aby konkurować z krzemem, ale wydajność polimerów rośnie w tempie około 1 procent rocznie. Jeśli uda im się to utrzymać, twierdzą naukowcy, plastikowe ogniwa słoneczne będą konkurować z krzemem w ciągu kilku lat.
Silne polimery: Ta ilustracja pokazuje różne warstwy, z których składa się nowe plastikowe ogniwo słoneczne o niemal doskonałej sprawności wewnętrznej. Warstwy od dołu do góry to szkło, przezroczysta elektroda, dwie warstwy polimerowe, warstwa tlenku tytanu redystrybuująca światło oraz elektroda aluminiowa.
W tym tygodniu w internetowym wydaniu Fotonika przyrody , naukowcy donieśli o polimerowych ogniwach słonecznych, które przekształcają około 6,1 procent energii słonecznej w energię elektryczną – nieco bliżej 10 procent, które według nich będą potrzebne, aby zdobyć znaczącą pozycję na rynku. (Zwykłe ogniwa krzemowe są wydajne w około 15%). Nowe liczby dotyczące wydajności pokazują, że jesteśmy w grze, mówi Alan Heeger , profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara, który kierował badaniami. Heeger podzielił się Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w 2000 roku za rolę w opracowaniu pierwszych polimerów przewodzących oraz współzałożyciel i główny naukowiec w Konarka , firma produkująca plastikowe ogniwa słoneczne z siedzibą w Lowell, MA.
Wyniki kalifornijskich naukowców są bardzo korzystne w porównaniu z wcześniej opublikowanymi opisami polimerowych ogniw słonecznych, których wydajność oscylowała wokół 5 procent. Konarka mówi, że ogniwa firmy, które wykorzystują inne materiały niż ogniwa wykonane w laboratorium uniwersyteckim Heegera, zostały ostatnio ocenione na około 6,4 proc. I konkurent z San Mateo w Kalifornii, zwany Energia solarmerów wyprodukował plastikowe ogniwa o podobnej wydajności, według powiązanego badacza.
Plastikowe ogniwa słoneczne, bez względu na to, jak dobrze zostały zaprojektowane, mają wewnętrzne ograniczenia narzucone przez polimery tworzące ich warstwę aktywną. Wytworzone do tej pory polimery mogą pochłaniać jedynie stosunkowo wąskie pasma światła. Możliwe jest zwiększenie ich wydajności konwersji mocy poprzez układanie warstw polimerów zaprojektowanych do przechwytywania różnych pasm światła; W rzeczywistości grupa Heegera odniosła pewien sukces w tym zakresie w przeszłości. Ale to podejście ma poważną wadę. Mówi się, że nakładanie warstw jest samoniszczące, ponieważ zwiększa koszty produkcji Luping Yu , profesor chemii organicznej na Uniwersytecie w Chicago, który pracuje również nad ogniwami słonecznymi.
Jednym ze sposobów na poprawę wydajności tych komórek jest upewnienie się, że każdy foton, który zostanie pochłonięty przez polimery, zostanie przekształcony w elektron, który można zebrać. Grupa Heegera zwiększyła ogólną wydajność swoich ogniw, poprawiając tę wewnętrzną wydajność. To, jak dobrze elektrony mogą poruszać się w tych filmach, zależy od jakości interfejsu między dwoma składnikami tworzącymi film: w ogniwie Uniwersytetu Kalifornijskiego są to przewodzący polimer i wersja związku węglowego w kształcie piłki nożnej, zwanego fuleren. Grupa Heegera przetestowała folie wykonane z różnych proporcji tych dwóch składników, a także różnych rozpuszczalników do ich przetwarzania.
Rezultatem jest ogniwo o niemal doskonałej wydajności wewnętrznej. Całe pochłonięte światło zostało zamienione na ładunki, mówi Zhenan Bao , profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Stanforda, który nie był zaangażowany w badania. Ta grupa wykonała bardzo dobre prace inżynieryjne na komórkach.
Jestem podekscytowany postępami, mówi Aby skontaktować się z Yang , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Wciskasz rekord stopniowo. Heeger zgadza się: wielkość rynku zależy od kosztu w dolarach za wat, więc każdy wzrost wydajności jest ważny.
Chociaż Yang, Bao i Heeger twierdzą, że liczby uzyskane przez grupę Heegera są ważnym dowodem na potencjał polimerowych ogniw słonecznych, wszyscy przyznają, że istniejące materiały nie będą tymi, które pchną przemysł do przodu. Dziesięć procent [wydajności] byłoby przełomem, mówi Heeger. Osiągamy to, syntetyzując nowe materiały, które reagują na więcej spektrum energetycznego.
Materiały organiczne wciąż ograniczają się do światła widzialnego, mówi Yang, ale znaczna część energii słonecznej znajduje się w sąsiedniej części widma – w podczerwieni – więc naukowcy zajmujący się polimerami pracują nad materiałami do ogniw słonecznych, które mogą również pochłaniać to pasmo. Yu z Uniwersytetu Chicago, który współpracuje z Solarmer Energy, mówi, że firma wykorzystała jego polimery, które pochłaniają światło o krótszej długości fali, do produkcji ogniw, które powinny osiągnąć sprawność powyżej 7 procent, ale nie może ujawnić szczegółów, ponieważ wyniki nie zostały jeszcze opublikowane.