Ultratenké vícevrstvé solární články na bázi nanostrukturovaných materiálů

Vědci z celého světa věnují velkou pozornost zlepšování systémů přeměny sluneční energie. Ve snaze zvýšit jejich účinnost a co nejvíce snížit náklady na přímou výrobu solárních panelů se vědci z Massachusetts Institute of Technology rozhodli jít cestou snižování tloušťky solárních článků.

Nový typ panelů může překonat všechna taková řešení, a pokud jde o výrobu elektřiny na kilogram použitého materiálu, bude to nižší než u uranu. Takové panely mohou být vyrobeny z listů složených v mnoha vrstvách. grafen nebo disulfid molybdenu, jehož tloušťka je pouze jedna molekula (hromady monomolekulárních listů). Vědci tvrdí, že tento přístup se nakonec stane nejlepším možným přístupem k vývoji sluneční energie.

Jeffrey Grossman, pomocný profesor energie na Massachusetts Institute of Technology, říká, že navzdory velké pozornosti vědců zkoumajících dvourozměrné grafenové materiály, potenciál těchto materiálů pro použití v solárních konvertorových systémech byl v posledních letech zcela přehlížen. Ukázalo se, že tyto materiály nejsou jen dobré, ale také velmi dobře zvládnou úkol, který jim byl přidělen.

V dlouhodobém horizontu budou mít dvě vrstvy o tloušťce jednoho atomu, jak je prezentováno týmu Grossman, 1-2–2% účinnost, přeměnu sluneční energie na elektřinu. Ve srovnání s účinností 15–20% se zdá být malý tradiční křemíkové prvkyJe však důležité si uvědomit, že výsledek je dosažen použitím tisíckrát tenčích materiálů než hedvábného papíru.

Dvouvrstvá baterie o tloušťce 1 nanometru je stokrát tisícekrát tenčí než obyčejná křemíková baterie, a proto položením těchto nejtenčích listů v mnoha vrstvách můžete výrazně zvýšit a překročit obvyklou účinnost solárních článků. Podle spoluzakladatelů Grossmana to vytvoří významnou soutěž o zavedenou technologii.

Tam, kde je váha kritická, například v kosmické lodi, letectví a v oblastech rozvojového světa, kde jsou náklady na přepravu značné, mají takové světelné prvky již velký potenciál.

V porovnání s hmotností vyprodukují nové solární panely až 1000krát více energie než běžné baterie. Současně nejtenčí konvenční technologie vyráběná doposud vyráběných solárních článků stále překračuje nové 50krát větší.

Nejde jen o snadnou přepravu, ale také o snadnou instalaci panelů, protože poloviční náklady na dnešní solární panely jsou náklady na podpůrnou strukturu a připojovací a řídicí systém. Tyto náklady lze výrazně snížit použitím lehčích vzorů.

Kromě toho je samotný materiál mnohem levnější než křemík o požadované čistotě, která se používá ve standardních solárních článcích, protože desky jsou tak tenké, že vyžadují velmi malé množství výchozích materiálů.

Toto je působivý příklad toho, jak mohou být nanostrukturované materiály základem pro navrhování nejnovějších energetických zařízení. Očekává se také, že mechanická pevnost a flexibilita těchto tenkých vrstev bude vysoká. Vývojáři tvrdí, že se jedná pouze o začátek nové generace materiálů pro sluneční energii.

Na jedné straně jsou disulfid molybdeničitý a dislenid molybdeničitý používané v tomto projektu pouze dva z mnoha dvojrozměrných materiálů, které by se zde mohly potenciálně použít, nemluvě o jejich různých kombinacích pro společné použití.

Vědci se domnívají, že je třeba studovat mnoho materiálů a podmínky pro reflexi již byly vytvořeny. Vědci si nyní mohou tyto materiály prohlédnout úplně novým způsobem.

A ačkoli v současné době neexistují žádné průmyslové metody výroby disulfidu molybdenu a dislenidu molybdenu, jedná se o oblast aktivního výzkumu. Vyrobitelnost je významným problémem, ale tento problém je řešitelný.

Další výhodou takových materiálů je jejich dlouhodobá stabilita i na čerstvém vzduchu, zatímco jiné solární materiály vyžadují ochranný povlak těžkými vrstvami skla, což je také drahé. Ve skutečnosti existuje odolnost vůči vystavení ultrafialovému světlu i vlhkosti, a proto je nové řešení velmi spolehlivé.

Přípravné práce zahrnovaly pouze počítačové modelování materiálů, ale nyní se skupina vědců pokouší vyrobit zařízení sama. Podle vědců jde samozřejmě pouze o špičku ledovce, a to z hlediska použití dvourozměrných materiálů k výrobě „čisté energie“.