Ultra tanke višeslojne solarne ćelije koje se temelje na nanostrukturnim materijalima

Znanstvenici diljem svijeta posvećuju veliku pažnju poboljšanju sustava pretvorbe sunčeve energije. U nastojanju da povećaju njihovu učinkovitost i smanje, koliko je to moguće, troškove izravne proizvodnje solarnih panela, znanstvenici s Massachusetts Institute of Technology odlučili su krenuti putem smanjenja debljine solarnih ćelija.

Nova vrsta ploča može nadmašiti bilo koja takva rješenja, a u pogledu proizvodnje električne energije po kilogramu upotrijebljenog materijala, on će biti inferiorniji samo od urana. Takve ploče mogu biti izrađene od listova presavijenih u mnogo slojeva. grafen ili molibden disulfid, čija debljina je samo jedna molekula (hrpe monomolekularnih listova). Znanstvenici tvrde da će ovaj pristup u konačnici postati najbolji mogući pristup razvoju solarne energije.

Jeffrey Grossman, docent energije za energetiku na Massachusetts Institute of Technology, kaže da je unatoč velikoj pažnji znanstvenika koji istražuju dvodimenzionalne materijale poput grafena, potencijal tih materijala za uporabu u sustavima solarnih pretvarača posljednjih godina potpuno zanemaren. Pokazalo se da ti materijali nisu samo dobri, već se vrlo dobro snalaze u zadatku koji im je dodijeljen.

Dugoročno gledano, dva sloja debljine jedan atom, kako je predstavljeno Grossmanovom timu, donijet će učinkovitost od 1-2%, pretvarajući energiju sunčeve svjetlosti u električnu. Čini se malo u usporedbi s 15-20% učinkovitosti tradicionalni silicijski elementimeđutim, važno je zapamtiti da se rezultat postiže korištenjem materijala tisućama puta tanjih od papirnog tkiva.

Dvoslojna baterija debljine 1 nanometar stotine tisuća puta tanja je od obične silikonske, stoga postavljanjem ovih najtanjih listova u mnogim slojevima možete značajno povećati i nadmašiti uobičajenu učinkovitost solarnih ćelija. To će stvoriti značajnu konkurenciju dobro utvrđenoj tehnologiji, kako tvrde koautori Grossmana.

Tamo gdje je težina kritična, kao što su svemirske letjelice, zrakoplovstvo i područja u razvoju u kojima su troškovi prijevoza značajni, takvi svjetlosni elementi već imaju veliki potencijal.

U usporedbi s težinom, novi solarni paneli proizvest će i do 1000 puta više energije od uobičajenih baterija. U isto vrijeme, najtanji od konvencionalne tehnologije proizvedene do danas solarne ćelije i dalje premašuje nove za 50 puta teže.

To nije samo lakoća transporta, već i jednostavnost ugradnje panela, jer polovica troškova današnjih solarnih panela je trošak potporne konstrukcije i sustava povezivanja i upravljanja. Ovi troškovi mogu se uvelike smanjiti primjenom lakših dizajna.

Pored toga, sam materijal je puno jeftiniji od silicija potrebne čistoće, koji se koristi u standardnim solarnim ćelijama, jer su listovi toliko tanki da zahtijevaju vrlo malu količinu polaznih materijala.

Ovo je impresivan primjer kako nanostrukturirani materijali mogu biti osnova za dizajn najnovijih energetskih uređaja. Očekuje se da će mehanička čvrstoća i fleksibilnost ovih tankih slojeva biti visoka. Programeri kažu da je ovo tek početak nove generacije materijala za solarnu energiju.

S jedne strane, molibdenov disulfid i molibden dislenid korišteni u ovom projektu samo su dva od mnogih dvodimenzionalnih materijala koji bi se ovdje mogli potencijalno upotrijebiti, a da ne spominjemo njihove različite kombinacije za zajedničku upotrebu.

Istraživači vjeruju da mnogo materijala treba proučiti, a uvjeti za razmišljanje već su stvoreni. Znanstvenici sada mogu gledati na ove materijale na potpuno novi način.

Iako trenutno ne postoje industrijske metode za proizvodnju molibden disulfida i molibdenijevog dislenida, ovo je područje aktivnog istraživanja. Mogućnost obrade bitno je, ali ovaj je problem rješiv.

Dodatna prednost takvih materijala je njihova dugotrajna stabilnost čak i na otvorenom, dok drugi solarni materijali zahtijevaju zaštitni premaz teškim slojevima stakla, što je također skupo. Zapravo postoji otpornost na izlaganje ultraljubičastoj svjetlosti i vlazi, a to novo rješenje čini vrlo pouzdanim.

Preliminarni radovi uključivali su samo računalno modeliranje materijala, ali sada skupina znanstvenika pokušava napraviti uređaje sami. Naravno, ovo je samo vrh ledenog brijega, s gledišta korištenja dvodimenzionalnih materijala za proizvodnju "čiste energije", kažu znanstvenici.