Výskumníci zo Stanfordu vyvinuli materiál, ktorý by mohol konkurovať kremíku na solárnom trhu

Výskumníci zo Stanfordu vyvinuli materiál, ktorý by mohol konkurovať kremíku na solárnom trhu
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  243 zobrazení
3
 0
Výroba energie alternatívnym spôsobom

Hoci je nový materiál podstatne ľahší a pružnejší ako kremík, pri použití v solárnych paneloch sa môže pochváliť rovnakou účinnosťou. Skupina výskumníkov zo Stanfordskej univerzity vyvinula flexibilný solárny článok vyrobený z ultratenkých dichalkogenidov prechodných kovov (TMD) - a možno sa mu podarí zosadiť kremík z pomyselného trónu kráľa fotovoltických článkov.

Kremík v súčasnosti tvorí takmer 95 % súčasného solárneho priemyslu a to najmä vďaka nízkym výrobným nákladom a takmer 30 % účinnosti premeny energie. Hoci je TMD na trhu so solárnou energiou už dlhší čas, až v poslednom čase sa o ňom uvažuje ako o vhodnom ekvivalente ku kremíku, čo sa tíka využívania solárnej energie.

TMD sa vyrovná kremíku v účinnosti solárnych panelov

V minulosti bola účinnosť premeny energie (PCE) TMD obmedzená na 0,7 % čo bolo veľmi málo v porovnaní s 30 % PCE kremíka. Teraz však výskumníci zo Stanfordu zistili, že TMD diselenid volfrámu poskytuje účinnosť premeny energie 5,1 %, ktorá sa môže zvýšiť až na 27 % s určitými optickými a elektrickými vylepšeniami. Toto číslo je takmer rovnocenné s tradičnými solárnymi panelmi, ktoré sú dnes dostupné na trhu.

Profesor Krishna Saraswat (vľavo) a Dr. Koosha Nassiri Nazif (vpravo) zo Stanfordskej univerzity spolu s obrázkom zlúčeniny diselenidu volfrámu držanej pinzetou.

"V elektrických obvodoch si môžete solárne panely TMD predstaviť ako zberače energie," povedal spoluautor Dr. Koosha Nassiri Nazif. "Môžu premieňať vnútorné a vonkajšie svetlo na elektrickú energiu na automatické dobíjanie batérií v systéme alebo na priame napájanie obvodu, či už ide o nositeľné inteligentné hodinky alebo elektrický motor autonómneho dronu."

Výzvy súčasného fotovoltaického výskumu

Tento výskum hovorí o výzvach v oblasti účinnosti kremíkových solárnych panelov - jednej z hlavných problémov v solárnom priemysle. Ak sa má solárna energia považovať za primárny zdroj energie, musí sa výrazne zlepšiť PCE týchto panelov (v súčasnosti 30 %). Kremík je veľmi tuhý, ťažký a objemný materiál, preto môže byť relatívne neefektívnym materiálom pre aplikácie, ako sú vesmírne technológie alebo nositeľné zariadenia, ktoré potrebujú ľahký a flexibilný substrát. Mnohé materiály s vyššou účinnosťou sú odložené na neskoršie, pretože ich nie je možné jednoducho vyrábať vo veľkom meradle so ziskom. Zároveň samotné kremíkové solárne panely musia byť neustále monitorované z hľadiska určitých fyzikálnych vlastností, ako je odolnosť voči vlhkosti, čo z nich robí veľmi nespoľahlivý zdroj energie.

Čo sú dichalkogenidy prechodných kovov?

Podľa spoluautorov, Dr. Koosha Nassiriho a Dr. Alwina Dausa, bolo nájdenie vhodného kontaktného materiálu jednou z najväčších výziev tohto výskumu. Dichalkogenid prechodného kovu alebo TMD vzniká vtedy, keď prechodný kov vytvorí kovalentnú väzbu s chalkogénmi, čím vznikne ich zlúčenina. TMD sú dvojrozmerné materiály schopné vytvárať plošné štruktúry rozprestierajúce sa na palce, pričom ich hrúbka je menšia ako 1 nanometer. Tieto vlastnosti z nich robia užitočného kandidáta pre flexibilné ultratenké solárne články.

Schéma prierezu zariadenia.

Výskumníci zo Stanfordu vytvorili prototyp TMD diselenidu volfrámu mechanickou exfoliáciou substrátu Si/SiO2. Grafén, dvojrozmerná forma uhlíka, bol navrstvený diselenidom volfrámu, ktorý bol ďalej spinálne pokrytý polyimidovým substrátom a antireflexnou vrstvou, ktorá výrazne zlepšila absorpciu svetla.

Vďaka mimoriadnej tenkosti TMD diselenidu volfrámu sa minimalizuje množstvo potrebných materiálov pre solárne články. Je ho možné aj formovať do rôznych asymetrických tvarov a z elektrického hľadiska má volfrám-diselenidový TMD približne 10x lepší PCE a 100x lepší špecifický výkon (Ps) ako akýkoľvek iný TMD, ktorý bol doteraz vyrobený. Ps je v tomto prípde kľúčovým parametrom pre solárne fotovoltaické články. pretože je to miera výkonu na gram (alebo kilogram) solárnej sústavy.

Tradičné TMD majú PCE menej ako 0,7 % a Ps menej ako 0,04 Wg-1, zatiaľ čo TMD s diselenidom volfrámu má PCE 5,1 % a Ps 4,4 Wg-1.

Účinnosť konverzie energie (PCE) a špecifický výkon (výkon na hmotnosť) ľahkých a flexibilných tenkovrstvových solárnych technológií.

Špecifický výkon možno ďalej zvýšiť na 8,6 Wg-1 znížením hrúbky polyimidového substrátu na 1 µm. Optickou simuláciou sa ukázalo, že absorpciu vo vrstve WSe2 možno zvýšiť až na 80 % zvýšením hrúbky MoOx na 70 nm.

Výskum pred solárnymi panelmi TMD

Jedným z hlavných odvetví využívajúcich solárne panely je vesmírny priemysel. Solárne panely, ktoré sa v súčasnosti používajú v kozmických lodiach, musia byť rozložené tak, aby sa zmestili do geometrických obmedzení nosnej rakety. Zavedením flexibilných solárnych článkov TMD by sa však táto úloha mohla stať veľmi jednoduchou. Vysoký výkon a nízka hmotnosť môže znížiť celkovú hmotnosť satelitu, čo spôsobí zníženie celkových nákladov na jeho vypustenie. Solárne články TMD by mohli slúžiť aj ako primárny zdroj energie aj v nositeľných zariadeniach - zdravotníckych aj nezdravotníckych - vďaka netoxickým a ekologickým materiálom, ktoré sa používajú na ich výrobu.

Jednou z hlavných výziev TMD je podľa výskumníkov syntéza materiálu vo veľkom meradle pri zachovaní jednotnosti a kvality. Ďalší výskum je potrebný aj na zistenie percenta absorpcie pri interakcii slnečných lúčov so zlúčeninou pod rôznymi uhlami.

Zdroj : Stanford Researchers Develop Material That Could Rival Silicon in the Solar Market

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button