211service.com
Tanie ogniwa słoneczne wrażliwe na barwnik zmierzają w kierunku komercjalizacji
Łatwe do wykonania ogniwa słoneczne, które wychwytują światło za pomocą barwników, zdobyły imponujący szereg nagród naukowych, w tym m.in. Milenijna Nagroda Technologiczna w 2010 roku. Jednak od czasu ich wynalezienia w 1988 roku miały niewielki wpływ komercyjny.
Nowatorski projekt zgłoszony przez naukowców z Northwestern University w zeszłym tygodniu może to zmienić, dostarczając urządzenie, które eliminuje nieodłączną podatność ogniwa słonecznego na barwniki: jego podatny na wycieki i korozyjny ciekły elektrolit.
W przeciwieństwie do paneli cienkowarstwowych i silikonowych, panele na bazie barwników mogą być produkowane w tanich procesach roll-to-roll, podobnych do drukowania. Więc nawet jeśli są mniej wydajne niż krzemowe ogniwa słoneczne, mogą okazać się opłacalne.
Rozwój Northwestern jest tylko najnowszym z szeregu postępów w tym, co Michael McGehee , dyrektor Centrum Zaawansowanej Fotowoltaiki Molekularnej Uniwersytetu Stanforda, ostatnio nazwany renesans w komórkach uwrażliwionych na barwnik . Ostatnie postępy w tej dziedzinie mogą wreszcie przekształcić te eleganckie naukowe ciekawostki w praktyczne urządzenia do wytwarzania energii.
W uczulonym na barwnik ogniwie słonecznym wpadające światło wzbudza porowatą warstwę tlenku tytanu pokrytą barwnikiem, generując ładunki ujemne i dodatnie. Ładunki ujemne — wzbudzone elektrony — wypływają z ogniwa przez dwutlenek tytanu, podczas gdy ładunki dodatnie wpływają do ciekłego elektrolitu. Podobnie jak w przypadku baterii alkalicznych napełnionych elektrolitem, wyciek jest stale obecnym zagrożeniem, szczególnie w przypadku paneli słonecznych narażonych na ekstremalne warunki pogodowe. Elektrolity podgrzane do 80°C (na przykład na dachu) mogą rozszerzać się i rozrywać uszczelnienie panelu. Elektrolit na bazie jodu w ogniwach barwnikowych jest również wystarczająco korozyjny, aby przeżerać nawet metale odporne na rdzę, takie jak aluminium i stal nierdzewna.
Chemik z Northwestern University Mercouri Kanatzidis , materiałoznawca Robert Chang , a dwóch doktorantów zastąpiło płynny elektrolit ogniw barwnikowych stałym półprzewodnikiem na bazie jodu. Podczas gdy wcześniejsze projekty półprzewodnikowe zmniejszały moc wyjściową ogniw barwnikowych, projekt Northwestern faktycznie zwiększa wydajność, twierdzą naukowcy, ponieważ półprzewodnik cezowo-cynowo-jodowy, który zastępuje ciekły elektrolit, również pochłania światło. Nasz materiał w rzeczywistości pochłania więcej światła niż sam barwnik, mówi Kanatzidis.
W raporcie w Natura W zeszłym tygodniu zespół Northwestern twierdzi, że jego ogniwo przekształca 10,2 procent wchodzącego światła w energię elektryczną – znacznie więcej niż 7 procent wydajności najlepszych istniejących ogniw barwnikowych w stanie stałym. Sean Shaheen , ekspert w dziedzinie fotowoltaiki organicznej z Denver University, mówi, że wydajność ogniwa Northwestern byłaby bliższa 8% w standardowych warunkach pomiarowych. Ale Shaheen mówi, że nadal jest to ważny rozwój dla komórek barwnikowych.
Kanatzidis twierdzi, że możliwe byłoby skomercjalizowanie projektu, gdyby wydajność ogniw mogła przekroczyć 11 procent. To mniej niż 12–16 procent wydajności komercyjnych cienkowarstwowych paneli słonecznych i znacznie mniej niż wydajność paneli krzemowych. Ale koszt produkcji ogniw na bazie barwników również powinien być niższy.
Australijski deweloper energii słonecznej barwnik stara się wykorzystać tanie przetwarzanie do komercjalizacji konwencjonalnej technologii barwnikowo-słonecznej — w tym płynnego elektrolitu. Jej strategią jest integracja fotowoltaiki opartej na barwnikach z materiałami budowlanymi, takimi jak szklane panele wysokościowe i stalowe blachy dachowe. W marcu tego roku południowokoreański partner joint venture firmy Dyesol, Timo Technology, zainstalował szklane panele na budynku w Seulu. Dyesol współpracuje z indyjską Tata Steel w celu opracowania pokryć dachowych ze stali powlekanej barwnikiem.
Damion Milliken, kierownik ds. badań i rozwoju w Dyesol, twierdzi, że można ograniczyć płynne elektrolity. Milliken mówi, że Dyesol i inni wyprodukowali urządzenia o doskonałej długoterminowej stabilności, które zostały poddane przyspieszonym testom, których żywotność wynosi 25 lat i więcej. Technologia jest opłacalna komercyjnie.