Ултратънки многослойни слънчеви клетки, базирани на наноструктурирани материали

Учените от цял ​​свят обръщат голямо внимание на подобряването на системите за преобразуване на слънчевата енергия. В опит да увеличат тяхната ефективност и да намалят, доколкото е възможно, разходите за директно производство на слънчеви панели, учените от Масачузетския технологичен институт решиха да поемат по пътя на намаляване на дебелината на слънчевите клетки.

Новият тип панели може да надмине всякакви подобни решения и по отношение на производството на електроенергия на килограм използван материал ще бъде по-нисък само от уран. Такива панели могат да бъдат направени от листове, сгънати на много слоеве. графен или молибденов дисулфид, чиято дебелина е само една молекула (купчини мономолекулярни листове). Учените твърдят, че този подход в крайна сметка ще стане най-добрият възможен подход за развитието на слънчевата енергия.

Джефри Гросман, асистент по енергетика в Масачузетския технологичен институт, казва, че въпреки много внимание от страна на учените, изследващи двуизмерни материали като графен, потенциалът на тези материали за използване в слънчеви преобразувателни системи е напълно пренебрегнат през последните години. Оказа се, че тези материали не са просто добри, но и много добре се справят със задачата, която им е възложена.

В дългосрочен план, два слоя с дебелина един атом, представени на екипа на Grossman, ще дадат ефективност от 1-2%, превръщайки енергията на слънчевата светлина в електричество. Изглежда малко в сравнение с 15-20% ефективност традиционни силиконови елементиобаче е важно да се помни, че резултатът се постига чрез използване на материали хиляди пъти по-тънки от тъкан хартия.

Двуслойна батерия с дебелина 1 нанометър е стотици хиляди пъти по-тънка от обикновена силиконова, следователно, поставяйки тези най-тънки листове в много слоеве, можете значително да увеличите и надвишите обичайната ефективност на слънчевите клетки. Това ще създаде значителна конкуренция за добре установена технология, според съавторите на Grossman.

Когато теглото е критично, като космически кораби, авиация и райони в развиващия се свят, където транспортните разходи са значителни, такива леки елементи вече имат голям потенциал.

В сравнение с теглото, новите слънчеви панели ще произвеждат до 1000 пъти повече енергия от конвенционалните батерии. В същото време най-тънката от конвенционалната технология, произведена към днешна дата слънчеви клетки, все още надвишава новите с 50 пъти тегло.

Това е не само лекотата на транспортиране, но и лекотата на монтажа на панелите, защото половината от цената на днешните соларни панели е цената на носещата конструкция и системата за свързване и управление. Тези разходи могат да бъдат значително намалени чрез използване на по-леки дизайни.

Освен това самият материал е много по-евтин от силиция с необходимата чистота, който се използва в стандартните соларни клетки, тъй като листовете са толкова тънки, че изискват много малко количество изходни материали.

Това е впечатляващ пример за това как наноструктурираните материали могат да бъдат основа за проектиране на най-новите енергийни устройства. Механичната якост и гъвкавост на тези тънки слоеве също се очаква да бъдат високи. Разработчиците казват, че това е само началото на ново поколение материали за слънчева енергия.

От една страна, молибденовият дисулфид и молибденовият дисленид, използвани в този проект, са само два от многобройните двуизмерни материали, които потенциално могат да бъдат използвани тук, да не говорим за различните им комбинации за съвместна употреба.

Изследователите смятат, че много материали трябва да бъдат проучени и условията за размисъл вече са създадени. Учените вече могат да разгледат тези материали по напълно нов начин.

И въпреки че в момента няма индустриални методи за производство на молибденов дисулфид и молибденов дисленид, това е област на активни изследвания. Производимостта е важен проблем, но този проблем е разрешим.

Допълнително предимство на такива материали е тяхната дългосрочна стабилност дори на открито, докато други слънчеви материали изискват защитно покритие с тежки слоеве стъкло, което също е скъпо. Всъщност има устойчивост на излагане както на ултравиолетова светлина, така и на влага и това прави новото решение много надеждно.

Предварителната работа включваше само компютърно моделиране на материали, но сега група учени правят опити сами да произвеждат устройствата. Разбира се, това е само върхът на айсберга, от гледна точка на използването на двуизмерни материали за производство на "чиста енергия", казват учените.