Thể loại: Bài viết nổi bật » Tin tức điện tử thú vị
Số lượt xem: 16945
Bình luận về bài viết: 7
5 tấm pin mặt trời khác thường của tương lai
Hôm nay tấm pin mặt trời silicon - khác xa với đêm chung kết trên con đường kiềm chế năng lượng của ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành năng lượng điện hữu ích. Nhiều công trình vẫn đang được các nhà khoa học thực hiện, và trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét năm giải pháp bất thường mà một số nhà nghiên cứu hiện đại đang phát triển.
Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ (NREL) được xây dựng pin mặt trời dựa trên tinh thể bán dẫn, kích thước không vượt quá vài nanomet, đây là những cái gọi là chấm lượng tử. Mẫu đã là một nhà vô địch về hiệu quả lượng tử bên ngoài và bên trong, lần lượt lên tới 114% và 130%.
Những đặc điểm này cho thấy tỷ lệ số cặp lỗ electron được tạo ra với số lượng photon trên mẫu (hiệu suất lượng tử bên ngoài) và tỷ lệ số lượng electron được tạo ra với số lượng photon hấp thụ (hiệu suất lượng tử bên trong) cho một tần số nhất định.
Hiệu suất lượng tử bên ngoài nhỏ hơn bên trong, vì không phải tất cả các photon bị hấp thụ đều tham gia vào thế hệ và một số sự cố photon trên bảng điều khiển được phản ánh đơn giản.
Mẫu bao gồm các bộ phận sau: một lớp thủy tinh trong lớp phủ chống phản xạ, một lớp dây dẫn trong suốt, sau đó là các lớp oxit kẽm cấu trúc nano và các chấm lượng tử của chì selenide, sau đó là ethanedithiol và hydrazine và một lớp vàng mỏng làm điện cực trên.
Tổng hiệu suất của một tế bào như vậy là khoảng 4,5%, nhưng điều này là đủ cho hiệu quả lượng tử khá cao của sự kết hợp vật liệu này, và điều đó có nghĩa là tối ưu hóa và cải thiện trước mắt.
Không một pin mặt trời nào cho thấy hiệu suất lượng tử bên ngoài trên 100%, trong khi tính độc đáo của sự phát triển NREL này nằm ở chỗ mỗi photon rơi vào pin tạo ra nhiều hơn một cặp lỗ electron ở đầu ra.
Lý do cho sự thành công là nhiều thế hệ exciton (MEG), một hiệu ứng lần đầu tiên được sử dụng để tạo ra một pin năng lượng mặt trời đầy đủ có khả năng tạo ra điện. Cường độ của hiệu ứng được liên kết với các thông số của vật liệu, với khoảng cách dải trong chất bán dẫn, cũng như với năng lượng của photon tới.
Kích thước của tinh thể là rất quan trọng, vì trong một thể tích nhỏ, các chấm lượng tử giới hạn các hạt mang điện và có thể thu năng lượng dư thừa, nếu không, năng lượng này sẽ bị mất dưới dạng nhiệt.
Phòng thí nghiệm tin rằng các yếu tố dựa trên hiệu ứng MEG là ứng cử viên rất xứng đáng cho danh hiệu thế hệ tấm pin mặt trời mới.
Một cách tiếp cận khác thường để tạo ra pin mặt trời được đề xuất bởi Prashant Kamat từ Đại học Notre Dame. Nhóm của ông đã phát triển một loại sơn dựa trên các chấm lượng tử titan dioxide được phủ bằng cadmium sulfide và cadmium selenide dưới dạng hỗn hợp nước-cồn.
Dán được áp dụng cho một tấm thủy tinh với một lớp dẫn, sau đó bắn, và kết quả là pin quang điện. Một chất nền được chuyển đổi thành một bảng quang điện chỉ cần một điện cực trên đỉnh, và có thể có được dòng điện bằng cách đặt nó dưới ánh mặt trời.
Các nhà khoa học tin rằng trong tương lai sẽ có thể tạo ra sơn cho ô tô và nhà ở, và do đó, biến mái nhà, hoặc thân xe, được sơn bằng sơn đặc biệt này, thành các tấm pin mặt trời. Đây là mục tiêu chính của các nhà nghiên cứu.
Mặc dù hiệu quả không cao, chỉ 1%, ít hơn 15 lần so với các tấm silicon thông thường, sơn năng lượng mặt trời có thể được sản xuất với khối lượng lớn, và rất rẻ.Do đó, nhu cầu năng lượng trong tương lai có thể được thỏa mãn, theo các nhà hóa học thuộc nhóm Kamat, người gọi con của họ "Mặt trời đáng tin", dịch là "có thể xảy ra năng lượng mặt trời."
Tiếp theo khác thường phương pháp chuyển đổi năng lượng mặt trời cung cấp tại Viện Công nghệ Massachusetts. Andreas Mershin và các đồng nghiệp đã tạo ra pin thử nghiệm dựa trên phức hợp các phân tử sinh học có khả năng "thu thập" ánh sáng.
Hệ thống ảnh PS-1, mượn từ cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, được đề xuất bởi nhà sinh học phân tử Shuguan Zhang và một số người có cùng chí hướng 8 năm trước khi bắt đầu thí nghiệm hiện tại, Andreas Mershin.
Hiệu quả của các hệ thống chỉ đạt khoảng 0,1%, nhưng đây đã là một bước quan trọng trên con đường giới thiệu hàng loạt vào cuộc sống hàng ngày, bởi vì chi phí tạo ra các thiết bị đó rất thấp và nói chung, chủ sở hữu sinh học có thể tự tạo ra pin bằng cách sử dụng một bộ hóa chất và một đống cỏ mới cắt . Trong khi đó, một số cải tiến sẽ tăng hiệu quả lên 1-2%, tức là đến một mức độ thương mại khả thi.
Các tế bào tương tự trước đây với các hệ thống ảnh chỉ có thể hoạt động hợp lý dưới ánh sáng laser tập trung nghiêm ngặt vào tế bào, và sau đó chỉ trong một phạm vi bước sóng hẹp. Ngoài ra, các hóa chất đắt tiền và điều kiện phòng thí nghiệm là cần thiết.
Một vấn đề khác là các phức hợp phân tử được chiết xuất từ thực vật không thể tồn tại lâu. Bây giờ, nhóm nghiên cứu đã phát triển một tập hợp các peptide hoạt động bề mặt bao bọc hệ thống và giữ nó trong một thời gian dài.
Bằng cách tăng hiệu quả của việc thu thập ánh sáng, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts đã giải quyết vấn đề bảo vệ hệ thống ảnh khỏi bức xạ cực tím, trước đây đã làm hỏng hệ thống ảnh.
PS-1 bây giờ không được gieo trên bề mặt nhẵn, nhưng trên bề mặt có diện tích hiệu quả rất lớn, đó là những ống titan dioxide dày 3,8 mm với lỗ chân lông 60nm, và các thanh oxit kẽm dày đặc cao vài micromet và đường kính vài trăm nanomet .
Những biến thể của photoanode này giúp tăng số lượng phân tử diệp lục dưới ánh sáng và bảo vệ phức hợp PS-1 khỏi tia cực tím, vì cả hai vật liệu đều hấp thụ chúng tốt. Ngoài ra, các ống titan và thanh kẽm cũng đóng vai trò của khung và đóng vai trò là chất mang điện tử, trong khi PS-1 thu thập ánh sáng, đồng hóa nó và phân tách các điện tích, như xảy ra trong các tế bào sống.
Một tế bào tiếp xúc với ánh nắng mặt trời cho điện áp 0,5 volt với công suất cụ thể là 81 microW trên mỗi cm vuông và mật độ quang điện là 362 perA trên mỗi cm vuông, cao hơn 10 lần so với bất kỳ hệ thống quang điện nào khác được biết trước đây dựa trên hệ thống quang học tự nhiên.
Bây giờ hãy nói về pin mặt trời dựa trên polymer hữu cơ. Nếu họ thiết lập sản xuất hàng loạt, họ sẽ rẻ hơn nhiều so với các đối thủ cạnh tranh silicon, mặc dù thực tế là họ đã đạt được hiệu quả 10,9%. Pin năng lượng mặt trời Tandem, được tạo ra bởi một nhóm các nhà khoa học từ Đại học California, Los Angeles (UCLA), có một số lớp, mỗi lớp hoạt động với một phần của quang phổ.
Một sự kết hợp thành công của các chất khác nhau không can thiệp lẫn nhau khi làm việc cùng nhau là điểm quan trọng nhất. Vì lý do này, các tác giả đã phát triển đặc biệt các polyme liên hợp với khoảng cách dải thấp.
Năm 2011, các nhà khoa học đã tìm được một tế bào polymer một lớp như vậy với hiệu suất 6%, trong khi tế bào song song cho thấy hiệu quả là 8,62%. Làm việc xa hơn, các nhà nghiên cứu đã mở rộng phạm vi phổ hoạt động trong vùng hồng ngoại và họ phải bổ sung polymer của công ty Sumitomo Chemical của Nhật Bản, nhờ đó họ đã đạt được hiệu suất 10,9%.
Thiết kế thành công nhất này bao gồm một ô phía trước được làm bằng vật liệu có khoảng cách dải lớn và một ô phía sau có khe hẹp.Các tác giả của sự phát triển cho rằng việc tạo ra một bộ chuyển đổi như vậy, bao gồm cả chi phí vật liệu, không đắt lắm, ngoài ra, bản thân công nghệ này tương thích với các tấm pin mặt trời màng mỏng được sản xuất ngày nay.
Dường như trong vài năm tới, pin mặt trời dựa trên các polyme hữu cơ sẽ trở nên khả thi về mặt thương mại, bởi vì các nhà phát triển có kế hoạch tăng hiệu quả của chúng lên 15%, tức là đến mức silicon.
Làm tròn đánh giá tấm pin mặt trời siêu mỏng với độ dày 1,9 micronmỏng hơn 10 lần so với bất kỳ loại pin màng mỏng nào khác được tạo ra trước đó. Cùng với nhau, các nhà khoa học Nhật Bản và Áo đã tạo ra một tấm pin mặt trời hữu cơ mỏng bất thường. Tại buổi trình diễn, sản phẩm được quấn quanh một sợi tóc người có đường kính 70 m.
Các vật liệu truyền thống đã được sử dụng để sản xuất pin, nhưng chất nền được làm từ polyetylen terephthalate dày 1,4 micron. Với hiệu suất 4.2%, công suất riêng của pin mặt trời mới là 10 watt mỗi gram, thường cao hơn 1000 lần so với chỉ số tương ứng cho pin silicon đa tinh thể.
Về vấn đề này, có vẻ như hứa hẹn sự phát triển của các lĩnh vực như dệt thông minh, và thông minh da, và ngoài tấm pin mặt trời, các vi mạch điện tử được tạo ra bằng công nghệ tương tự có thể mỏng và linh hoạt như nhau.
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: