211service.com
Superwydajna energia słoneczna z nanorurek
Dzisiejsze ogniwa słoneczne tracą dużo energii ze światła na ciepło. Teraz naukowcy z Cornell University stworzyli ogniwo fotowoltaiczne z pojedynczej nanorurki węglowej, która może wykorzystać więcej energii światła niż w przypadku konwencjonalnej fotowoltaiki. Maleńkie rurki węglowe mogą w końcu zostać wykorzystane do produkcji bardziej wydajnych ogniw słonecznych nowej generacji.
Ogniwa rurkowe: Nanorurka węglowa w środku jest połączona z kilkoma elektrodami i działa jak superwydajne ogniwo fotowoltaiczne.
Głównym czynnikiem ograniczającym ogniwa słonecznego jest to, że kiedy absorbujesz foton o wysokiej energii, tracisz energię na ciepło i nie ma możliwości jej odzyskania, mówi Mateusz Broda , starszy naukowiec w National Renewable Energy Laboratory w Golden, CO. Utrata energii do ciepła ogranicza wydajność najlepszych ogniw słonecznych do około 33 procent. Materiał, który może konwertować ze znacznie wyższą wydajnością, zmieni zasady gry, mówi Beard.
Badacze kierowani przez Paul McEuen , profesor fizyki na Cornell, zaczął od umieszczenia pojedynczej nanorurki w obwodzie i umieszczenia jej trzech styków elektrycznych, zwanych bramkami, po jednym na każdym końcu i jednym pod spodem. Użyli bramek do przyłożenia napięcia do nanorurki, a następnie oświetlili ją światłem. Kiedy foton uderza w nanorurki, przekazuje część swojej energii elektronowi, który może następnie przepływać przez obwód z nanorurki. Ten jednofotonowy, jednoelektronowy proces jest tym, co normalnie zachodzi w ogniwie słonecznym. To, co niezwykłe w ogniwie z nanorurek, mówi McEuen, to to, co dzieje się, gdy doda się coś, co nazywa wielkim fotonem – fotonem, którego energia jest dwa razy większa niż energia normalnie wymagana do wyciągnięcia elektronu z komórki. W konwencjonalnych komórkach jest to energia tracona w postaci ciepła. W urządzeniu z nanorurek wrzuca drugi elektron do obwodu. Praca została opisana w zeszłym tygodniu w czasopiśmie Nauka .
Istnieją dowody na to, że inna klasa nanomateriałów, zwana kropkami kwantowymi, może również przekształcać energię jednego fotonu w więcej niż jeden elektron. Jednak stworzenie sprawnych komórek z kropkami kwantowymi, które mogą to zrobić, okazało się poważną przeszkodą, mówi Beard, którego laboratorium, kierowane przez Artur Nozik , pracuje nad tym problemem. Jednym z wyzwań związanych z energią słoneczną z kropką kwantową jest to, że bardzo trudno jest zmusić uwolnione elektrony do opuszczenia kropki kwantowej i wejścia do obwodu zewnętrznego. System cię drażni; nie możesz wyciągnąć tych nośników ładunku, więc o co chodzi? mówi Ji Ung Lee , profesor inżynierii nanoskali na Uniwersytecie Stanowym Nowego Jorku w Albany. Grupa McEuena pokazała to w systemie, w którym: Móc wyciągnij dodatkowych przewoźników.
McEuen ostrzega, że jego praca nad fotowoltaiką z nanorurek węglowych ma fundamentalne znaczenie. Stworzyliśmy najmniejsze ogniwo słoneczne na świecie, a to niekoniecznie jest dobre, mówi. Aby wykorzystać superwydajność nanorurek, naukowcy będą musieli najpierw opracować metody wytwarzania dużych układów diod. Nie jesteśmy w punkcie, w którym możemy zwiększyć skalę nanorurek węglowych, ale to powinien być ostateczny cel, mówi Lee, który opracował pierwsze diody z nanorurek, będąc naukowcem w General Electric.
Nie jest jasne, dlaczego ogniwo fotowoltaiczne z nanorurek oferuje taką konwersję energii dwa do jednego. To dla nas tajemnicze, mówi McEuen. Jednak najbardziej prawdopodobnym powodem jest to, że podczas gdy konwencjonalne materiały słoneczne mają tylko jeden poziom energii, przez który mogą się przemieszczać elektrony, nanorurki węglowe mają ich kilka. A dwa z nich są po prostu bardzo dobrze dopasowane: jeden z poziomów energetycznych lub przerw wzbronionych jest dwa razy wyższy niż drugi. Być może mieliśmy szczęście i ma to niewiele wspólnego z faktem, że jest to nanorurka węglowa, mówi McEuen. Oznacza to, McEuen, że nawet jeśli tworzenie macierzy ogniw słonecznych z nanorurek okaże się zbyt trudne, naukowcy zajmujący się materiałami mogą szukać par materiałów, które mają tego rodzaju dopasowane przerwy wzbronione, i nakładać je na siebie, aby stworzyć ogniwa słoneczne, które robią z dwóch materiałów to, co mogą to zrobić pojedyncze komórki nanorurek. Może odpowiedzią nie będą nanorurki, ale inna para materiałów, mówi McEuen.