5 แผงโซลาร์เซลล์ที่ผิดปกติในอนาคต

ในวันนี้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน - ห่างไกลจากฉากสุดท้ายของเส้นทางไปสู่การควบคุมพลังงานของแสงอาทิตย์และการเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีประโยชน์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนยังคงดำเนินงานอยู่และในบทความนี้เราจะพิจารณาห้าโซลูชั่นที่ผิดปกติที่นักวิจัยสมัยใหม่บางคนกำลังพัฒนา

ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติอเมริกัน (NREL) ถูกสร้างขึ้น แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีผลึกเซมิคอนดักเตอร์ขนาดไม่เกินหลายนาโนเมตรนี่คือจุดควอนตัม ตัวอย่างเป็นแชมป์ในแง่ของประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกและภายในซึ่งมีจำนวน 114% และ 130% ตามลำดับ

คุณลักษณะเหล่านี้แสดงอัตราส่วนของจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่สร้างหลุมต่อจำนวนโฟตอนที่เกิดขึ้นกับตัวอย่าง (ประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก) และอัตราส่วนของจำนวนอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นต่อจำนวนโฟตอนที่ถูกดูดซับ (ประสิทธิภาพควอนตัมภายใน) สำหรับความถี่ที่แน่นอน

ประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกนั้นน้อยกว่าภายในเนื่องจากโฟตอนที่ดูดซับไม่ได้มีส่วนร่วมในการสร้างทั้งหมด

ตัวอย่างประกอบด้วยชิ้นส่วนต่อไปนี้: แก้วในการเคลือบ antireflection, ชั้นของตัวนำโปร่งใสแล้วชั้น nanostructured ของซิงค์ออกไซด์และจุดควอนตัมของตะกั่ว selenide จากนั้น ethanedithiol และไฮดราซีนและชั้นบาง ๆ ของทองคำเป็นขั้วไฟฟ้าบน

ประสิทธิภาพโดยรวมของเซลล์ดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 4.5% แต่นี่ก็เพียงพอสำหรับการทดลองที่ได้รับประสิทธิภาพควอนตัมที่ค่อนข้างสูงของการรวมกันของวัสดุนี้ซึ่งหมายถึงการปรับให้เหมาะสมและปรับปรุงให้ดีขึ้น

ไม่ใช่เซลล์แสงอาทิตย์เดียวที่แสดงประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกสูงกว่า 100% ในขณะที่เอกลักษณ์ของการพัฒนา NREL นี้อยู่ในความจริงที่ว่าโฟตอนแต่ละตัวที่ตกบนแบตเตอรี่สร้างคู่อิเล็กตรอนรูหนึ่งคู่ที่เอาต์พุต

เหตุผลของความสำเร็จคือ excitons (MEG) หลายรุ่นซึ่งเป็นผลมาจากการใช้ครั้งแรกในการสร้างแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ความเข้มของผลกระทบนั้นสัมพันธ์กับพารามิเตอร์ของวัสดุโดยมีช่องว่างของแถบในสารกึ่งตัวนำเช่นเดียวกับพลังงานของโฟตอนของเหตุการณ์

ขนาดของคริสตัลมีความสำคัญเนื่องจากมันอยู่ในปริมาตรเล็ก ๆ ที่จุดควอนตัม จำกัด ผู้ให้บริการประจุและสามารถรวบรวมพลังงานส่วนเกินมิฉะนั้นพลังงานนี้จะหายไปในรูปแบบของความร้อน

ห้องปฏิบัติการเชื่อว่าองค์ประกอบที่อิงตามเอฟเฟกต์ MEG นั้นเป็นสิ่งที่มีค่าสำหรับผู้ที่มีตำแหน่งในแผงโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่

อีกวิธีที่ผิดปกติในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการแนะนำโดย Prashant Kamat จากมหาวิทยาลัย Notre Dame กลุ่มของเขาพัฒนาสีย้อมตามจุดควอนตัมของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เคลือบด้วยแคดเมียมซัลไฟด์และแคดเมียมซีลีนในรูปแบบของส่วนผสมของแอลกอฮอล์กับน้ำ

วางถูกนำไปใช้กับแผ่นกระจกที่มีชั้นนำไฟฟ้าแล้วยิงและผลที่ได้คือ แบตเตอรี่ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์. สารตั้งต้นที่ถูกแปลงเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต้องใช้อิเล็กโทรดอยู่ด้านบนเท่านั้นและสามารถรับกระแสไฟฟ้าได้โดยวางไว้ในดวงอาทิตย์

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าในอนาคตมันจะเป็นไปได้ในการสร้างสีสำหรับรถยนต์และบ้านเรือนและดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าหลังคาของบ้านหรือตัวถังรถที่ทาสีด้วยสีพิเศษนี้ลงในแผงเซลล์แสงอาทิตย์ นี่คือเป้าหมายหลักของนักวิจัย

แม้ว่าประสิทธิภาพจะไม่สูงเพียง 1% ซึ่งน้อยกว่าแผ่นซิลิกอนทั่วไปถึง 15 เท่า แต่สามารถผลิตสีแสงอาทิตย์ได้ในปริมาณมากและราคาไม่แพงมากดังนั้นความต้องการพลังงานในอนาคตจึงเป็นที่พึงพอใจนักเคมีจากกลุ่ม Kamat ซึ่งเรียกว่าลูกหลานของพวกเขา «Sun-เชื่อ»ซึ่งแปลว่า "แสงอาทิตย์น่าจะเป็น"

ถัดไปที่ผิดปกติ วิธีการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ เสนอที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ Andreas Mershin และเพื่อนร่วมงานได้สร้าง แบตเตอรี่ทดลองที่มีพื้นฐานจากโมเลกุลเชิงชีววิทยาที่มีความสามารถในการ "สะสม" แสง

ระบบถ่ายภาพ PS-1 ที่ยืมมาจาก cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus ถูกเสนอโดยนักชีววิทยาโมเลกุล Shuguan Zhang และคนที่มีความคิดคล้าย ๆ กัน 8 ปีก่อนเริ่มการทดลองในปัจจุบัน Andreas Mershin

ประสิทธิภาพของระบบกลายเป็นเพียงประมาณ 0.1% แต่นี่เป็นขั้นตอนสำคัญในการแนะนำสู่ชีวิตประจำวันเพราะค่าใช้จ่ายในการสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวต่ำมากและโดยทั่วไปเจ้าของชีวภาพสามารถสร้างแบตเตอรี่ของตัวเองโดยใช้ชุดของสารเคมีและหญ้าตัดสด . ในขณะเดียวกันการปรับปรุงจำนวนหนึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพเป็น 1-2% นั่นคือ ในระดับเชิงพาณิชย์

ก่อนหน้านี้เซลล์ที่คล้ายกันซึ่งมีระบบถ่ายภาพสามารถทำงานได้อย่างมีเหตุผลภายใต้แสงเลเซอร์ที่มีความเข้มข้นอย่างเข้มข้นบนเซลล์และจากนั้นจะอยู่ในช่วงความยาวคลื่นแคบเท่านั้น นอกจากนี้ยังมีความต้องการสารเคมีและสภาพห้องปฏิบัติการที่มีราคาแพง

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือสารประกอบเชิงซ้อนของโมเลกุลที่สกัดจากพืชไม่สามารถดำรงอยู่ได้นาน ตอนนี้ทีมสถาบันได้พัฒนาชุดของเปปไทด์ที่ทำงานบนพื้นผิวที่ห่อหุ้มระบบและเก็บรักษาไว้เป็นเวลานาน

ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของการรวบรวมแสงทีมงานของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้แก้ปัญหาในการปกป้องระบบถ่ายภาพจากรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งก่อนหน้านี้เกิดความเสียหายกับระบบถ่ายภาพ

ตอนนี้ PS-1 ไม่ได้ถูกวางบนพื้นผิวเรียบ แต่บนพื้นผิวที่มีพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพมากเหล่านี้คือท่อไทเทเนียมไดออกไซด์หนา 3.8 μmที่มีรูพรุน 60 นาโนเมตรและแท่งซิงค์ออกไซด์หนาแน่นหลายไมโครเมตรสูงหลายร้อยนาโนเมตร .

photoanode ทำให้สามารถเพิ่มจำนวนของคลอโรฟิลล์โมเลกุลภายใต้แสงและปกป้อง PS-1 คอมเพล็กซ์จากรังสีอัลตราไวโอเลตเนื่องจากวัสดุทั้งสองดูดซับได้ดี นอกจากนี้ท่อไทเทเนียมและแท่งสังกะสียังมีบทบาทของเฟรมเวิร์กและทำหน้าที่เป็นพาหะของอิเล็กตรอนในขณะที่ PS-1 จะเก็บรวบรวมแสงดูดกลืนและแยกประจุไฟฟ้าเช่นเดียวกับเซลล์ที่มีชีวิต

เซลล์ที่สัมผัสกับดวงอาทิตย์ให้แรงดันไฟฟ้า 0.5 โวลต์ที่มีกำลังงานเฉพาะ 81 microW ต่อตารางเซนติเมตรและความหนาแน่นโฟโตปัจจุบัน 362 μAต่อตารางเซนติเมตรซึ่งสูงกว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์อื่น ๆ ที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ 10 เท่าจากระบบถ่ายภาพธรรมชาติ

ตอนนี้เรามาพูดเกี่ยวกับ เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้โพลิเมอร์อินทรีย์. หากพวกเขาสร้างการผลิตจำนวนมากพวกเขาจะถูกกว่าคู่แข่งที่เป็นซิลิคอนมากแม้ว่าพวกเขาจะได้รับประสิทธิภาพที่ 10.9% ก็ตาม แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์พอลิเมอร์ตีคู่สร้างขึ้นโดยทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิส (UCLA) มีหลายชั้นซึ่งแต่ละชั้นทำงานร่วมกับสเปกตรัมของตัวเอง

การผสมผสานที่ประสบความสำเร็จของสารต่าง ๆ ที่ไม่รบกวนซึ่งกันและกันเมื่อทำงานร่วมกันเป็นจุดที่สำคัญที่สุด ด้วยเหตุนี้ผู้เขียนจึงพัฒนาโพลีเมอร์คอนจูเกตเป็นพิเศษพร้อมช่องว่างของย่านความถี่ต่ำ

ในปี 2554 นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะรับเซลล์โพลีเมอร์ชั้นเดียวที่มีประสิทธิภาพ 6% ในขณะที่เซลล์ตีคู่มีประสิทธิภาพ 8.62% การทำงานต่อไปนักวิจัยมุ่งมั่นที่จะขยายช่วงของสเปกตรัมการทำงานในภูมิภาคอินฟราเรดและพวกเขาจะต้องเพิ่มพอลิเมอร์ของ บริษัท ญี่ปุ่น Sumitomo Chemical ซึ่งเป็นการจัดการเพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพ 10.9%

การออกแบบที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดนี้ประกอบด้วยเซลล์ด้านหน้าที่ทำจากวัสดุที่มีช่องว่างแถบกว้างและเซลล์ด้านหลังที่มีช่องว่างแถบแคบผู้เขียนของการพัฒนายืนยันว่าการสร้างตัวแปลงดังกล่าวรวมถึงต้นทุนของวัสดุไม่แพงมากนอกจากนี้เทคโนโลยีเองก็เข้ากันได้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางที่ผลิตขึ้นในปัจจุบัน

ดูเหมือนว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้โพลีเมอร์อินทรีย์จะกลายเป็นเชิงพาณิชย์เพราะนักพัฒนาวางแผนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานถึง 15% นั่นก็คือระดับของซิลิคอน

ปัดเศษการตรวจสอบ แผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบบางที่มีความหนา 1.9 ไมครอนซึ่งบางกว่าแบตเตอรี่แบบฟิล์มบางอื่น ๆ ถึง 10 เท่าซึ่งถูกสร้างขึ้นก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ญี่ปุ่นและออสเตรียร่วมกันสร้างแผงโซลาร์เซลล์ที่มีความยืดหยุ่นอินทรีย์ผิดปกติ ในการสาธิตผลิตภัณฑ์นั้นถูกพันรอบเส้นผมมนุษย์ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 70 μm

วัสดุแบบดั้งเดิมถูกนำมาใช้ทำแบตเตอรี่ แต่พื้นผิวทำจากโพลีเอทิลีนชนิดหนาเทเรพทาเลตหนา 1.4 ไมครอน ด้วยประสิทธิภาพ 4.2% พลังงานเฉพาะของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ใหม่คือ 10 วัตต์ต่อกรัมซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่าตัวบ่งชี้ที่สอดคล้องกันสำหรับแบตเตอรี่ซิลิคอนหลายผลึก 1000 เท่า

ในเรื่องนี้ดูเหมือนว่าแนวโน้มการพัฒนาของพื้นที่เช่น "สิ่งทอสมาร์ท" และ "ผิวสมาร์ท" ซึ่งนอกเหนือไปจากแผงโซลาร์เซลล์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีที่คล้ายกันอาจจะบางและยืดหยุ่นเท่ากัน

ดูเพิ่มเติมที่:เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลม 5 แบบ