Saules enerģija: kā „Saules starplaika” dizains var izmantot Saules spēku

Saules enerģijas paneļu potenciāls, kas rada enerģiju, un galvenais ierobežojums to izmantošanai ir rezultāts tam, ko tie ir izgatavojuši. Paneļi, kas izgatavoti no silīcija cenas, samazinās tādā veidā, ka dažās vietās tie var nodrošināt elektroenerģiju, kas maksā aptuveni tādu pašu cenu kā fosilā kurināmā, piemēram, ogļu un dabasgāzes, jauda. Bet silīcija saules paneļi ir arī apjomīgi, cieti un trausli, tāpēc tos nevar izmantot tikai jebkur.

Daudzās pasaules daļās, kurās nav regulāras elektroenerģijas, saules paneļi var nodrošināt tumšu gaismu un enerģiju, lai sūknētu dzeramo ūdeni, palīdzētu mazajiem mājsaimniecības vai ciematu uzņēmumiem, vai pat apkalpot avārijas patversmes un bēgļu nometnes. Bet silīcija saules paneļu mehāniskā trauslība, smagums un transporta grūtības liecina, ka silīcijs var nebūt ideāls.

Balstoties uz citu darbu, mana pētniecības grupa strādā, lai izstrādātu elastīgus saules paneļus, kas būtu tikpat efektīvi kā silīcija panelis, bet būtu plānas, vieglas un saliekamas. Šāda veida ierīce, ko saucam par “saules tarpu”, var tikt izplatīta līdz istabas lielumam un radīta elektrība no saules, un to var pagriezt līdz greipfrūta lielumam un pildīt mugursomā kā daudz kā 1000 reizes, nesalaužot. Lai gan ir panākts zināms darbs, lai organiskās saules baterijas padarītu elastīgākas, vienkārši padarot tās ultra-plānas, reāla izturība prasa molekulāru struktūru, kas padara saules paneļus elastīgus un izturīgus.

Silīcija pusvadītāji

Silīcijs ir iegūts no smiltīm, kas padara to lētu. Un tas, kā tā atomi iepilda cietā materiālā, padara to par labu pusvadītāju, kas nozīmē, ka tā vadītspēju var ieslēgt un izslēgt, izmantojot elektriskos laukus vai gaismu. Tā kā silīcijs ir lēts un noderīgs, tas ir pamats mikroshēmām un shēmu plates datoriem, mobilajiem tālruņiem un būtībā visai citai elektronikai, kas pārraida elektriskos signālus no viena komponenta uz citu. Silīcijs ir arī atslēga vairumam saules bateriju paneļu, jo tā var pārveidot enerģiju no gaismas uz pozitīvām un negatīvām izmaksām. Šie uzlādes ieplūst saules baterijas pretējās pusēs un var tikt izmantoti kā akumulators.

Taču tās ķīmiskās īpašības nozīmē, ka to nevar pārvērst par elastīgu elektroniku. Silīcijs nav ļoti efektīvi uzsūc gaismu. Fotoni var nokļūt tieši caur silīcija paneli, kas ir pārāk plāns, tāpēc tiem jābūt diezgan bieziem - aptuveni 100 mikrometriem, aptuveni dolāra rēķina biezumam - tā, lai neviena no gaismām netiktu izšķērdēta.

Nākamās paaudzes pusvadītāji

Bet pētnieki ir atraduši citus pusvadītājus, kas ir daudz labāk apgūst gaismu. Vienu materiālu grupu, ko dēvē par “perovskītiem”, var izmantot, lai saules baterijas padarītu gandrīz tikpat efektīvas kā silīcija, bet ar gaismas absorbējošiem slāņiem, kas ir viens tūkstošdaļa no biezuma, kas nepieciešams ar silīciju. Tā rezultātā pētnieki strādā, lai veidotu perovskīta saules baterijas, kas var darbināt mazus bezpilota lidaparātus un citas ierīces, kurās svarīgākais faktors ir svara samazināšana.

2000. gada Nobela prēmija ķīmijā tika piešķirta tiem pētniekiem, kuri pirmoreiz konstatēja, ka viņi varētu izgatavot cita veida ultra-plānus pusvadītājus, ko sauc par pusvadītāju polimēru. Šo materiālu sauc par “organisko pusvadītāju”, jo tas ir balstīts uz oglekli, un to sauc par “polimēru”, jo tas sastāv no garām organisko molekulu ķēdēm. Organiskie pusvadītāji jau tiek izmantoti komerciāli, tostarp miljardu dolāru rūpniecībā, kas ir organisko gaismas diožu displeji, kas labāk pazīstami kā OLED televizori.

Polimēru pusvadītāji nav tik efektīvi, lai saules gaismu pārveidotu par elektrību kā perovskītus vai silīciju, bet tie ir daudz elastīgāki un, iespējams, ārkārtīgi izturīgi. Regulāri polimēri - nevis pusvadoši - atrodami visur ikdienas dzīvē. Tās ir molekulas, kas veido audumu, plastmasu un krāsu. Polimēru pusvadītājiem ir iespēja apvienot tādu materiālu kā silīcija elektroniskās īpašības ar plastmasas fizikālajām īpašībām.

Labākais no abām pasaulēm: efektivitāte un izturība

Atkarībā no to konstrukcijas, plastmasām piemīt plašas īpašības, tostarp elastība, tāpat kā starpsienas; un stingrība, piemēram, dažu automašīnu virsbūves paneļi. Pusvadītājiem polimēriem ir cietas molekulārās struktūras, un daudzi sastāv no sīkiem kristāliem. Tās ir svarīgas to elektroniskajām īpašībām, bet tām ir tendence padarīt tās trauslas, kas nav vēlams atribūts ne elastīgiem, ne cietiem priekšmetiem.

Manas grupas darbs ir vērsts uz to, kā identificēt veidus, kā radīt materiālus ar labām pusvadītāju īpašībām, un ir zināms, ka plastmasas izturība ir elastīga vai ne. Tas būs mana ideja par saules tarpu vai segu, taču tas var novest arī pie jumta seguma materiāliem, āra grīdas flīzēm vai pat ceļu vai stāvvietu virsmām.

Šis darbs būs galvenais faktors, lai izmantotu saules gaismas spēku - jo galu galā saule, kas vienā stundā skar Zemi, satur vairāk enerģijas nekā visa cilvēces izmantošana gadā.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Darren Lipomi sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.