211service.com
Saulės elementų apvyniojimas aplink optinį pluoštą
Dažams jautrūs saulės elementai yra lankstūs ir pigūs gaminti, tačiau dažniausiai jie neefektyviai paverčia šviesą į elektros energiją. Vienas iš būdų padidinti bet kurio saulės elemento našumą yra padidinti gaunamos šviesos paviršiaus plotą. Taigi grupė Georgia Tech mokslininkų sukūrė dažams jautrius saulės elementus, kurių efektyvus paviršiaus plotas yra daug didesnis, apvyniodamas elementus aplink optinius pluoštus. Šie pluoštiniai saulės elementai yra šešis kartus efektyvesni nei cinko oksido saulės elementai, kurių paviršiaus plotas yra toks pat, ir jei juos galima pastatyti naudojant pigius polimerinius pluoštus, jų gamyba neturėtų būti žymiai brangesnė.
Saulės energija ant pluošto : Optinis pluoštas (kairėje) yra padengtas dažais padengtais cinko oksido nanolaidais (stambiu planu, dešinėje). Abu vaizdai buvo padaryti naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą.
Šviesolaidinės saulės elementų sistemos pranašumas, palyginti su plokštuma, yra tas, kad šviesa atsimuša į optinio pluošto vidų, kai ji sklinda per visą jo ilgį, taip suteikiant daugiau galimybių sąveikauti su saulės elementu vidiniame paviršiuje ir gaminti daugiau srovės. Konkrečiam nekilnojamajam turtui bendras ląstelės plotas yra didesnis, o padidėjęs paviršiaus plotas reiškia geresnį šviesos surinkimą ir daugiau energijos. Maksas Šteinas , Mičigano universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos docentas, kuris nedalyvavo tyrime.
Šviesolaidiniai saulės elementai taip pat gali būti naudojami būdais, kurie šiuo metu neįmanomi. Zhong Lin Wang , Georgia Tech medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, teigia, kad šviesolaidiniai saulės elementai užimtų mažiau stogo ploto nei plokštieji elementai, nes ilgi pluoštai gali būti įterpti į namo sienas, pavyzdžiui, elektros laidus.
Dažams jautrinti saulės elementai naudoja dažų molekules, kad sugertų šviesą ir generuotų elektronus. Grupė Georgia Tech pirmiausia pašalina apmušalą nuo optinių skaidulų, o paskui išilgai jų paviršiaus išaugina cinko oksido nanolaidelius, kaip šerius ant vamzdžių valiklio. Toliau pluoštai apdorojami dažų molekulėmis, kurias sugeria cinko oksido struktūros. Nanolaidų, o ne lygaus paviršiaus padengimo dažais pranašumas yra tas, kad laidai kartu turi labai didelį paviršiaus plotą. Kuo daugiau dažų molekulių yra tam tikrame tokios ląstelės plote, tuo daugiau šviesos ji gali sugerti, sako Wang. Tada dažais padengtus pluoštus supa elektrolitas ir metalinė plėvelė, kuri iš prietaiso nuneša elektronus. Darbas aprašytas internete žurnale Angewandte Chemie International Edition .
Kyla klausimas, ar galite sugerti visą šviesą naudodami nedidelį kiekį medžiagų? sako Yi Cui , Stenfordo universiteto medžiagų mokslo docentas. Nanostruktūrinės ląstelės kūrimas ant optinio pluošto suteikia galimybę tai padaryti padidinant paviršiaus plotą, padengtą dažais, ir efektyvų šviesos kelio ilgį, sako jis. Kuo ilgiau fotonas keliauja per saulės elementą, tuo daugiau galimybių jis turi sąveikauti ir generuoti elektroną.
Viena iš galimų skaidulinių ląstelių kliūčių yra gauti pakankamai šviesos. Wang prietaisai renka šviesą tik savo galiukuose, todėl norint patekti į tokį saulės elementą pakankamai šviesos, nereikia sekti saulės, gali būti sujungti mažesni pluoštai. Cui teigia, kad pluoštų galiukai gali būti pagaminti iš medžiagų, kurios labai efektyviai nukreipia šviesą į pluoštą. Kitas būdas išspręsti šią problemą yra sukurti pluoštines ląsteles, kurios gali sugerti šviesą per visą jų ilgį, o ne tik ant galiukų – šiuo klausimu dirba Mičigano Shteinas. Tai sudėtinga, nes tai reiškia, kad ląstelių dangos turi būti ir elektrai laidžios, ir skaidrios – neįprastas derinys.
Tačiau Shtein teigia, kad šviesą iš šonų sugeriantys pluoštai siūlo įdomią šviesos fiksavimo architektūrą, nes galite paskirstyti pluoštus erdvėje taip, kad galėtumėte efektyviau užfiksuoti daugiau fotonų, nei galite plokštuminiame įrenginyje. Kuo mažesnis kampas, kuriuo šviesa patenka į plokščią ląstelę, tuo daugiau šviesos atsispindi nuo jos paviršiaus. Tačiau šviesa, atsispindinti nuo išlenkto pluošto paviršiaus nedideliu kampu, pateks į gretimą pluoštą. Šios ląstelės galėtų būti suprojektuotos taip, kad jų nereikėtų montuoti su saulės sekimo sistemomis, ir jos veiktų debesuotomis dienomis, kai šviesa yra išsklaidyta, sako Shteinas.
Wang sako, kad kitas žingsnis yra išbandyti įvairias medžiagas. Iki šiol jis statė elementus ant kvarcinių optinių skaidulų, kurios yra gana brangios. Tada jis planuoja pabandyti gaminti ląsteles naudojant pigesnius polimerinius pluoštus.