211service.com
„Šviesos vamzdžiai“ padidina ekologišką saulės energijos efektyvumą
Šiaurės Karolinos mokslininkai sukūrė būdą, kaip daugiau nei padvigubinti organinių saulės elementų našumą, pridedant vertikalių optinių skaidulų sluoksnį, kuris veikia kaip saulės spąstai.
Pluoštinis miškas: Šis saulės baterijos prototipas yra padengtas optinėmis skaidulomis. Prieš absorbuodami fotonai šokinėja skaidulų viduje, o tai padvigubina plokštės efektyvumą, palyginti su įprastomis organinėmis ląstelėmis.
Davidas Carrollas , Wake Forest universiteto fizikos profesorius, vadovavo saulės elemento prototipo kūrimui, kuriame yra pluoštų. Jis yra pagrindinis mokslininkas spinoff įmonėje FiberCell kuri kuria gamybos procesą nuo ritės iki ritės ląstelių gamybai. Tikimės turėti veikiančių demonstrantų, kurie įtikintų ką nors pradėti gaminti, sakė Carroll .
Šiandien geriausių organinių saulės elementų efektyvumas yra beveik 8 proc., nors dedamos pastangos sukurti organinę chemiją, kuri padidintų tokių elementų efektyvumą virš 10 proc. Tačiau Carroll sako, kad vien patobulintos chemijos nepakaks, kad būtų galima pasiekti silicio elementų našumą. Atsakymas slypi ne chemijoje – jis slypi pačios ląstelės architektūroje, sako jis. Carroll priduria, kad pluoštinių organinių elementų gamybos doleris už vatą kaina turėtų būti maždaug tokia pati kaip plokščių organinių elementų. Tačiau jie gali būti gaminami gamykloje, kainuojančioje vieną dešimtadalį silicio liejyklos, sako jis. Dėl to jas būtų daug pigiau pagaminti nei silicio elementus.
Standartinių plokščių elementų problema, nesvarbu, ar jos pagamintos iš organinės ar neorganinės medžiagos, yra ta, kad dalis saulės šviesos prarandama dėl atspindžio. Norėdami sumažinti šį poveikį, ląstelių gamintojai padengia antirefleksines dangas arba išgraviruoja ląstelės paviršių, kad padidintų fotonų absorbciją. Carroll komanda ėmėsi dramatiškesnio požiūrio, optinius pluoštus štampuodama ant polimerinio pagrindo, kuris sudaro ląstelės pamatą.
Pluoštai, kuriuos Carroll vadina šviesiais vamzdžiais, išsikiša iš paviršiaus kaip stambios ražienos. Jie yra apsupti plonų organinių saulės elementų, padengtų panardinimo būdu, o ant elemento taip pat purškiami šviesą sugeriantys dažai arba polimeras. Šviesa gali patekti į pluošto galą bet kokiu kampu. Tada fotonai šokinėja pluošto viduje, kol juos sugeria aplinkinė organinė ląstelė.
Tyrėjai laboratorijoje išbandė stiklo pluošto ląstelę ir nustatė, kad pluoštas padidino šviesos sugertį maždaug per pusę. Carroll teigia, kad ląstelės taip pat gali pagaminti dvigubai daugiau vatvalandžių per dieną, palyginti su plokščiomis plokštėmis, nes jos gali priimti šviesą iš skirtingų kampų. Tai tas pats, kas paimti plokščią prietaisą ir visą dieną nukreipti jį tiesiai į saulę, sako jis.
„Georgia Tech“ mokslininkai eksperimentuoja su panašiais pluoštiniais organiniais saulės elementais. Zhong Lin Wang , universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, teigia, kad šis metodas turi didelių pranašumų, palyginti su įprastomis plokščiųjų elementų konstrukcijomis. Jo laboratorija sukūrė hibridinę ląstelę, susidedančią iš optinių skaidulų ir nanolaidinio pūkelio, pagaminto iš cinko oksido, kuris auginamas ant išorinių skaidulų sienelių. Nanolaideliai, apdoroti šviesą sugeriančiais dažais, skirti užtikrinti didesnį paviršiaus plotą saulės šviesai užfiksuoti. Wang sako, kad šis metodas padidina efektyvumą šešis kartus, nors jo laboratorija dar turi peržengti vieną pluošto giją. Mes vis dar stengiamės integruoti kelis pluoštus [didesniame paviršiuje], sako jis.
Carroll savo tyrimus pradėjo dar 2004 m., suteikdamas Wake universitetui pagrindą komercializavimo kelyje. Dauguma dabar esančių prietaisų yra ant atskirų skaidulų, sako jis. Carrollas taip pat teigia, kad rinkoje netrūksta ritininio ritininio apdorojimo metodų, kurie padėtų substratus padengti optiniais pluoštais. Mes skolinsimės iš tų; tai padaryti nėra sunku, sako jis. Jautrumas plėvelės storiui ir dangų kokybei yra daug mažesnis, nei tikėjomės, o tai reiškia, kad gamybos keliai yra daug arčiau nei iš pradžių tikėjomės.
„FiberCell“ šiuo metu kalbasi su investuotojais ir siekia gaminti pluošto pagrindu pagamintus organinius elementus, skirtus stogo čerpėms ir kitiems produktams, kuriems būtų naudinga galimybė priimti šviesą iš skirtingų kampų. Teoriškai turėtų viršyti 15 procentų efektyvumą, artėjant prie 20 procentų, sako Carroll. Dėl to organinės fotovoltinės technologijos būtų konkurencingos šiuolaikinėms silicio plokštėms.
Johnas Paulas Morganas , optikos inžinierius ir koncentruotos fotovoltinės saulės energijos įmonės „Morgan Solar“ vyriausiasis technologijų pareigūnas, teigia, kad „FiberCell“ metodas turės konkuruoti su kitais metodais, skirtais padidinti plokštės paviršiaus plotą ir sulaikyti daugiau šviesos. Pavyzdžiui, įrodyta, kad auginant mišką iš sandariai sugrupuotų nanolaidelių ant substrato, pagerėja organinių ląstelių efektyvumas.
Optiniai pluoštai yra įdomus metodas, tačiau, kaip ir kiti metodai, jie susiję su gamybos iššūkiais, sakė Morganas. Visos naujos elementų technologijos susiduria su drėgmės, elektros jungčių, nusidėvėjimo problemomis. Jei jie gali tai įveikti, tai gali būti labai perspektyvi idėja. Nekantrauju pamatyti, kas bus toliau.