Ultra cienkie wielowarstwowe ogniwa słoneczne na bazie materiałów nanostrukturalnych

Naukowcy z całego świata przywiązują dużą wagę do ulepszania systemów konwersji energii słonecznej. W celu zwiększenia ich wydajności i zmniejszenia, na ile to możliwe, kosztów bezpośredniej produkcji paneli słonecznych, naukowcy z Massachusetts Institute of Technology postanowili obrać ścieżkę zmniejszania grubości ogniw słonecznych.

Nowy typ paneli może przewyższyć wszelkie takie rozwiązania, a pod względem produkcji energii elektrycznej na kilogram użytego materiału będzie gorszy tylko od uranu. Takie panele mogą być wykonane z arkuszy złożonych na wiele warstw. grafen lub disiarczek molibdenu, którego grubość jest tylko jedną cząsteczką (stosy monomolekularnych arkuszy). Naukowcy twierdzą, że takie podejście stanie się ostatecznie najlepszym możliwym podejściem do rozwoju energii słonecznej.

Jeffrey Grossman, adiunkt w Massachusetts Institute of Technology, twierdzi, że pomimo dużej uwagi naukowców badających dwuwymiarowe materiały, takie jak grafen, potencjał tych materiałów do wykorzystania w układach z przetwornikami słonecznymi został całkowicie pominięty w ostatnich latach. Okazało się, że materiały te są nie tylko dobre, ale bardzo dobrze radzą sobie z przydzielonym im zadaniem.

W dłuższej perspektywie dwie warstwy o grubości jednego atomu, przedstawione zespołowi Grossmana, dają wydajność 1-2%, przekształcając energię światła słonecznego w elektryczność. Wydaje się mały w porównaniu z wydajnością 15-20% tradycyjne elementy krzemowenależy jednak pamiętać, że wynik osiąga się stosując materiały tysiące razy cieńsze niż bibułka.

Dwuwarstwowy akumulator o grubości 1 nanometra jest setki tysięcy razy cieńszy niż konwencjonalny akumulator krzemowy, dlatego układając te najcieńsze arkusze w wielu warstwach, można znacznie zwiększyć i przekroczyć zwykłą wydajność ogniw słonecznych. Stworzy to znaczną konkurencję dla ugruntowanej technologii, według współautorów Grossmana.

Tam, gdzie ważna jest waga, na przykład w statkach kosmicznych, lotnictwie i na obszarach rozwijającego się świata, w których koszty transportu są znaczne, takie lekkie elementy mają już duży potencjał.

W porównaniu z wagą nowe panele słoneczne wytwarzają do 1000 razy więcej energii niż konwencjonalne akumulatory. Jednocześnie najcieńsza z dotychczas produkowanych konwencjonalnych ogniw słonecznych wciąż przewyższa nowe ogniwa o 50 razy.

Jest to nie tylko łatwość transportu, ale także łatwość instalacji paneli, ponieważ połowa kosztów dzisiejszych paneli słonecznych to koszt konstrukcji wsporczej oraz systemu połączeń i sterowania. Koszty te można znacznie zmniejszyć, stosując lżejsze konstrukcje.

Ponadto sam materiał jest znacznie tańszy niż krzem o wymaganej czystości, który jest stosowany w standardowych ogniwach słonecznych, ponieważ arkusze są tak cienkie, że wymagają bardzo małej ilości materiałów wyjściowych.

To imponujący przykład tego, w jaki sposób materiały nanostrukturalne mogą być podstawą do projektowania najnowszych urządzeń energetycznych. Oczekuje się również, że wytrzymałość mechaniczna i elastyczność tych cienkich warstw będzie wysoka. Deweloperzy twierdzą, że to dopiero początek nowej generacji materiałów na energię słoneczną.

Z jednej strony disiarczek molibdenu i disiarczek molibdenu zastosowane w tym projekcie to tylko dwa z wielu dwuwymiarowych materiałów, które potencjalnie mogą być tutaj użyte, nie wspominając już o ich różnych kombinacjach do wspólnego zastosowania.

Naukowcy uważają, że należy zbadać wiele materiałów i już stworzono warunki do refleksji. Naukowcy mogą teraz spojrzeć na te materiały w zupełnie nowy sposób.

I chociaż obecnie nie ma przemysłowych metod produkcji disiarczku molibdenu i disiarczku molibdenu, jest to obszar aktywnych badań. Wytwarzalność jest istotnym problemem, ale problem ten można rozwiązać.

Dodatkową zaletą takich materiałów jest ich długoterminowa stabilność nawet na otwartym powietrzu, podczas gdy inne materiały słoneczne wymagają ochronnej powłoki ciężkimi warstwami szkła, co również jest drogie. W rzeczywistości istnieje odporność na działanie zarówno światła ultrafioletowego, jak i wilgoci, co czyni nowe rozwiązanie bardzo niezawodnym.

Wstępne prace obejmowały tylko komputerowe modelowanie materiałów, ale teraz grupa naukowców próbuje samodzielnie wyprodukować urządzenia. Naukowcy twierdzą, że jest to tylko wierzchołek góry lodowej z punktu widzenia wykorzystania dwuwymiarowych materiałów do wytworzenia „czystej energii”.