Categories: Articles destacats » Notícies elèctriques interessants
Nombre de visualitzacions: 16945
Comentaris sobre l'article: 7
5 plaques solars inusuals del futur
Avui plaques solars de silici - lluny del final del camí per frenar l’energia solar i la seva conversió en energia elèctrica útil. Els científics encara estan realitzant molts treballs, i en aquest article considerarem cinc solucions inusuals que alguns dels investigadors moderns estan desenvolupant.
Es construeix el National National Renewable Energy Laboratory (NREL) una bateria solar basada en cristalls de semiconductor, la mida dels quals no supera els diversos nanòmetres, es tracta dels anomenats punts quàntics. La mostra ja és un campió quant a eficiència quàntica externa i interna, que van ascendir al 114% i al 130%, respectivament.
Aquestes característiques mostren la relació entre el nombre de parells forat d’electrons i el nombre de fotons incidents a la mostra (eficiència quàntica externa) i la relació del nombre d’electrons generats amb el nombre de fotons absorbits (eficiència quàntica interna) per a una determinada freqüència.
L’eficàcia quàntica externa és menor que la interna, ja que no tots els fotons absorbits participen en la generació i alguns dels fotons incident del panell es reflecteixen simplement.
La mostra consta de les següents parts: un vidre en un recobriment antireflexió, una capa d’un conductor transparent, després capes nanoestructurades d’òxid de zinc i punts quàntics de selenida de plom, després etaneditiol i hidrazina, i una fina capa d’or com a elèctrode superior.
L’eficàcia total d’una cèl·lula és d’aproximadament el 4,5%, però això és suficient per obtenir l’eficiència quàntica obtinguda experimentalment d’una combinació de materials bastant elevada, cosa que significa que l’optimització i la millora s’avançaran.
Ni una sola cèl·lula solar ha mostrat una eficiència quàntica externa per sobre del 100%, mentre que la singularitat d’aquest desenvolupament NREL rau en el fet que cada fotó que cau a la bateria crea més d’un parell d’electrons a la sortida.
El motiu de l’èxit va ser la generació múltiple d’exconsons (MEG), un efecte que es va utilitzar per crear per primera vegada una bateria solar de gran abast capaç de generar electricitat. La intensitat de l'efecte està associada amb els paràmetres del material, amb la bretxa de banda del semiconductor, així com amb l'energia del fotó incident.
La mida del cristall és crucial, ja que és dins d'un volum reduït que els punts quàntics limiten els portadors i poden recollir energia en excés, si no, aquesta energia es perdria simplement en forma de calor.
El laboratori creu que els elements basats en l’efecte MEG són candidats molt dignes al títol d’una nova generació de plaques solars.
Un altre enfocament inusual per crear cèl·lules solars va ser suggerit per Prashant Kamat de la Universitat de Notre Dame. El seu grup va desenvolupar un colorant a base de punts quàntics de diòxid de titani recobert de sulfur de cadmi i selenida de cadmi en forma de barreja aigua-alcohol.
La pasta es va aplicar sobre una placa de vidre amb una capa conductora, després es va disparar i el resultat va ser bateria fotovoltaica. Un substrat convertit en panell fotovoltaic només necessita un elèctrode a la part superior, i és possible obtenir un corrent elèctric posant-lo al sol.
Els científics creuen que en el futur serà possible crear pintura per a cotxes i per a cases i, per tant, convertir el sostre d’una casa o el cos del cotxe pintat amb aquesta pintura especial en panells solars. Aquest és l’objectiu principal dels investigadors.
Tot i que l'eficiència no és alta, només l'1%, que és 15 vegades menor que els panells de silici convencionals, es pot produir pintura solar en grans volums i molt barat.D’aquesta manera, les necessitats d’energia en el futur poden satisfer-se, diuen els químics del grup Kamat, que diuen el seu cervell "Creïble al Sol", que es tradueix com a "solar-probable".
Següent inusual mètode de conversió d’energia solar oferta a l’Institut Tecnològic de Massachusetts. Andreas Mershin i col·laboradors van crear bateries experimentals basades en un complex de molècules biològiques capaces de "recollir" llum.
El fotògraf PS-1, manllevat del cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, va ser proposat pel biòleg molecular Shuguan Zhang i diverses persones similars, vuit anys abans de l’inici dels experiments actuals, Andreas Mershin.
L’eficiència dels sistemes va resultar només al voltant d’un 0,1%, però aquest ja és un pas important en el camí cap a la introducció massiva a la vida quotidiana, perquè els costos de creació d’aquests dispositius són extremadament baixos i, en general, els propietaris biològics poden crear les seves pròpies bateries mitjançant un conjunt de productes químics i una pila d’herba acabada de tallar. . Mentrestant, diverses millores augmentaran l'eficiència fins a un 1-2%, és a dir. a un nivell comercialment viable.
Les cèl·lules anteriors similars amb sistemes fotomèstics només podrien operar raonablement sota llum làser concentrada estrictament a la cel·la, i només en un rang estret de longitud d'ona. A més, es necessitaven productes químics i condicions de laboratori cares.
Un altre problema era que els complexos moleculars extrets de les plantes no podien existir durant molt de temps. Ara, l’equip de l’institut ha desenvolupat un conjunt de pèptids actius en superfície que envolten el sistema i el mantenen durant molt de temps.
En augmentar l'eficàcia de la recollida de llum, l'equip de l'Institut Tecnològic de Massachusetts va resoldre el problema de protegir els sistemes de fotos contra la radiació ultraviolada, que anteriorment danyava el sistema.
El PS-1 ara no es sembrava en un substrat llis, sinó en una superfície amb una àrea efectiva molt gran, es tractava de tubs de diòxid de titani de 3,8 μm de gruix amb porus de 60 nm, i unes varetes d òxid de zinc dens de diversos micròmetres d alt i diversos centenars de nanòmetres. .
Aquestes variants del fotoanode van permetre augmentar el nombre de molècules de clorofil·la sota la llum i van protegir els complexos PS-1 dels raigs ultraviolats, ja que els dos materials els absorbeixen bé. A més, els tubs de titani i les barres de zinc també tenen el paper d’un bastidor i actuen com a portadors d’electrons, mentre que el PS-1 recull la llum, l’assimila i separa les càrregues, com succeeix a les cèl·lules vives.
Una cèl·lula exposada al sol donava una tensió de 0,5 volts amb una potència específica de 81 microW per centímetre quadrat i una densitat fotocurrent de 362 μA per centímetre quadrat, que és 10 vegades superior a qualsevol altre sistema biovoltaic conegut anteriorment basat en fotosistemes naturals.
Ara en parlem Cèl·lules solars basades en polímers orgànics. Si estableixen la producció en massa, seran molt més barats que els competidors de silici, malgrat que ja han aconseguit una eficiència del 10,9%. Bateria Solar Tàndem Polímer, creada per un equip de científics de la Universitat de Califòrnia, Los Angeles (UCLA), té diverses capes, cadascuna de les quals funciona amb la seva pròpia part de l’espectre.
El punt més important és una combinació exitosa de diferents substàncies que no interfereixen entre elles quan treballen junts. Per aquesta raó, els autors van desenvolupar especialment polímers conjugats amb un buit de banda baix.
El 2011, els científics van aconseguir obtenir una cèl·lula de polímer d’una sola capa amb una eficiència del 6%, mentre que la cèl·lula tàndem va mostrar una eficiència del 8,62%. Treballant més endavant, els investigadors van proposar ampliar l’ample de l’espectre de treball a la regió d’infrarojos, i van haver d’afegir el polímer de l’empresa japonesa Sumitomo Chemical, gràcies a la qual van aconseguir una eficiència del 10,9%.
Aquest disseny amb més èxit consisteix en una cel·la frontal feta d'un material amb una gran bretxa de banda i una cel·la posterior amb un buit de banda estreta.Els autors del desenvolupament defensen que la creació d’un convertidor d’aquest tipus, inclòs el cost dels materials, no és gaire cara, a més, la tecnologia en si és compatible amb les plaques solars de film prim fabricades avui.
Sembla que en els pròxims anys, les cèl·lules solars basades en polímers orgànics esdevindran comercialment viables, perquè els desenvolupadors tenen previst augmentar la seva eficiència fins al 15%, és a dir, fins al nivell de silici.
Completar la revisió panells solars super prims amb un gruix de 1,9 micresque és 10 vegades més prima que les piles de pel·lícula fina creades anteriorment. Junts, científics japonesos i austríacs van crear un panell solar orgànic inusualment flexible. A la demostració, el producte es va embolicar al voltant d’un cabell humà amb un diàmetre de 70 μm.
S'utilitzaven materials tradicionals per fabricar la bateria, però el substrat era de polietilè tereftalat de 1,4 micres d'espessor. Amb una eficiència del 4,2%, la potència específica de la nova bateria solar va ser de 10 watts per gram, generalment 1000 vegades superior al indicador corresponent per a les bateries de silici multicristallines.
En aquest sentit, sembla prometedor el desenvolupament d’àrees com “tèxtils intel·ligents” i “pell intel·ligent”, on a més dels panells solars, els microcircuits electrònics creats amb tecnologia similar poden ser igualment primes i flexibles.
Vegeu també5 dissenys inusuals de generadors eòlics
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: