categorieën: Aanbevolen artikelen » Interessant elektrisch nieuws
Aantal keer bekeken: 16945
Reacties op het artikel: 7
5 ongebruikelijke zonnepanelen van de toekomst
vandaag silicium zonnepanelen - ver van de finale op weg naar het afremmen van de energie van zonlicht en de omzetting ervan in nuttige elektrische energie. Veel werken worden nog steeds uitgevoerd door wetenschappers, en in dit artikel zullen we vijf ongebruikelijke oplossingen bespreken die enkele moderne onderzoekers ontwikkelen.
Het American National Renewable Energy Laboratory (NREL) is gebouwd een zonnebatterij op basis van halfgeleiderkristallen, waarvan de afmetingen niet groter zijn dan enkele nanometers, dit zijn de zogenaamde kwantumstippen. De steekproef is al een kampioen in termen van externe en interne kwantumefficiëntie, die respectievelijk 114% en 130% bedroeg.
Deze kenmerken tonen de verhouding van het aantal gegenereerde elektron-gatparen tot het aantal fotonen dat op het monster invalt (externe kwantumefficiëntie) en de verhouding van het aantal gegenereerde elektronen tot het aantal geabsorbeerde fotonen (interne kwantumefficiëntie) voor een bepaalde frequentie.
De externe kwantumefficiëntie is minder dan de interne, omdat niet alle geabsorbeerde fotonen deelnemen aan de generatie en sommige van de fotonen die op het paneel invallen eenvoudig worden gereflecteerd.
Het monster bestaat uit de volgende delen: een glas in een antireflectiecoating, een laag van een transparante geleider, vervolgens nanogestructureerde lagen van zinkoxide en kwantumstippen van loodselenide, vervolgens ethaandithiol en hydrazine, en een dunne laag goud als de bovenste elektrode.
De totale efficiëntie van een dergelijke cel is ongeveer 4,5%, maar dit is voldoende voor de experimenteel verkregen vrij hoge kwantumefficiëntie van deze combinatie van materialen, wat betekent dat optimalisatie en verbetering in het verschiet liggen.
Geen enkele zonnecel heeft een externe kwantumefficiëntie van meer dan 100% laten zien, terwijl het unieke van deze NREL-ontwikkeling ligt in het feit dat elk foton dat op de batterij valt meer dan één elektronengatpaar aan de uitgang creëert.
De reden voor het succes was de meervoudige generatie excitonen (MEG), een effect dat voor het eerst werd gebruikt om een volwaardige zonnebatterij te creëren die in staat was elektriciteit op te wekken. De intensiteit van het effect hangt samen met de parameters van het materiaal, met de bandafstand in de halfgeleider, evenals met de energie van het invallende foton.
De grootte van het kristal is cruciaal, omdat binnen een klein volume kwantumstippen ladingdragers beperken en overtollige energie kunnen verzamelen, anders zou deze energie gewoon verloren gaan in de vorm van warmte.
Het laboratorium is van mening dat de elementen op basis van het MEG-effect zeer waardevolle kandidaten zijn voor de titel van een nieuwe generatie zonnepanelen.
Prashant Kamat van de Universiteit van Notre Dame suggereerde een andere ongewone benadering voor het maken van zonnecellen. Zijn groep ontwikkelde een verf op basis van kwantumstippen van titaniumdioxide gecoat met cadmiumsulfide en cadmiumselenide in de vorm van een water-alcoholmengsel.
De pasta werd op een glasplaat met een geleidende laag aangebracht en vervolgens gebakken en het resultaat was fotovoltaïsche batterij. Een substraat omgezet in een fotovoltaïsch paneel heeft alleen een elektrode bovenop nodig en het is mogelijk om een elektrische stroom te verkrijgen door het in de zon te plaatsen.
Wetenschappers geloven dat het in de toekomst mogelijk zal zijn om verf te maken voor auto's en voor huizen, en dus, laten we zeggen, het dak van een huis, of de carrosserie, geschilderd met deze speciale verf, in zonnepanelen. Dit is het hoofddoel van onderzoekers.
Hoewel het rendement niet hoog is, slechts 1%, wat 15 keer minder is dan conventionele siliciumpanelen, kan zonneverf in grote volumes en zeer goedkoop worden geproduceerd.Op deze manier kan in de toekomst aan de energiebehoeften worden voldaan, zeggen chemici van de Kamat-groep, die hun geesteskind noemen «Sun-Believable», wat zich vertaalt als 'waarschijnlijk op zonne-energie'.
Volgende ongebruikelijk zonne-energie conversie methode aanbod bij het Massachusetts Institute of Technology. Andreas Mershin en collega's gemaakt experimentele batterijen op basis van een complex van biologische moleculen die in staat zijn licht te "verzamelen".
Het PS-1 fotosysteem, geleend van de cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, werd 8 jaar vóór het begin van de huidige experimenten, Andreas Mershin, voorgesteld door moleculair bioloog Shuguan Zhang en verschillende gelijkgestemde mensen.
De efficiëntie van de systemen bleek slechts ongeveer 0,1% te zijn, maar dit is al een belangrijke stap op weg naar massale introductie in het dagelijks leven, omdat de kosten van het maken van dergelijke apparaten extreem laag zijn en in het algemeen biologische eigenaren hun eigen batterijen kunnen maken met een set chemicaliën en een stapel vers gemaaid gras . Ondertussen zal een aantal verbeteringen de efficiëntie verhogen tot 1-2%, d.w.z. tot een commercieel levensvatbaar niveau.
Eerdere vergelijkbare cellen met fotosystemen konden alleen redelijk werken onder laserlicht dat strikt op de cel was geconcentreerd, en dan alleen in een smal golflengtebereik. Bovendien waren dure chemicaliën en laboratoriumomstandigheden nodig.
Een ander probleem was dat de moleculaire complexen geëxtraheerd uit planten niet lang konden bestaan. Nu heeft het instituutsteam een aantal oppervlakte-actieve peptiden ontwikkeld die het systeem omhullen en lang bewaren.
Door de efficiëntie van lichtverzameling te vergroten, loste het team van het Massachusetts Institute of Technology het probleem op van het beschermen van fotosystemen tegen ultraviolette straling, die eerder het fotosysteem beschadigde.
PS-1 werd nu niet op een glad substraat gezaaid, maar op een oppervlak met een zeer groot effectief oppervlak, dit waren 3,8 μm dikke titaniumdioxidebuizen met poriën van 60 nm, en dichte zinkoxidestaven van enkele micrometers hoog en enkele honderden nanometers in diameter .
Deze varianten van de fotoanode maakten het mogelijk om het aantal chlorofylmoleculen onder licht te vergroten en beschermden de PS-1-complexen tegen ultraviolette stralen, omdat beide materialen ze goed absorberen. Bovendien spelen titaniumbuizen en zinkstaven ook de rol van een raamwerk en werken ze als elektronendragers, terwijl de PS-1 licht verzamelt, het assimileert en de ladingen scheidt, zoals gebeurt in levende cellen.
Een cel blootgesteld aan de zon gaf een spanning van 0,5 volt met een specifiek vermogen van 81 microW per vierkante centimeter en een fotostroomdichtheid van 362 μA per vierkante centimeter, hetgeen 10 keer hoger is dan enig ander biovoltaïsch systeem dat voorheen bekend was op basis van natuurlijke fotosystemen.
Laten we het nu hebben over organische polymere zonnecellen. Als ze massaproductie tot stand brengen, zullen ze veel goedkoper zijn dan concurrenten van silicium, ondanks het feit dat ze al een efficiëntie van 10,9% hebben bereikt. Tandem-polymeer-zonnebatterij, gecreëerd door een team van wetenschappers van de Universiteit van Californië in Los Angeles (UCLA), heeft verschillende lagen, die elk met hun eigen deel van het spectrum werken.
Een succesvolle combinatie van verschillende stoffen die elkaar niet storen tijdens het samenwerken is het belangrijkste punt. Om deze reden ontwikkelden de auteurs speciaal geconjugeerde polymeren met een lage bandafstand.
In 2011 wisten wetenschappers zo'n enkellaags polymeercel te verkrijgen met een efficiëntie van 6%, terwijl de tandemcel een efficiëntie van 8,62% liet zien. De onderzoekers werkten verder om het bereik van het werkspectrum in het infraroodgebied uit te breiden en ze moesten het polymeer van het Japanse bedrijf Sumitomo Chemical toevoegen, waardoor ze een efficiëntie van 10,9% bereikten.
Dit meest succesvolle ontwerp bestaat uit een voorste cel gemaakt van materiaal met een grote bandafstand en een achterste cel met een smalle bandafstand.De auteurs van de ontwikkeling beweren dat de oprichting van een dergelijke converter, inclusief de materiaalkosten, niet erg duur is, bovendien is de technologie zelf compatibel met dunne-film zonnepanelen die tegenwoordig worden vervaardigd.
Het lijkt erop dat zonnecellen op basis van organische polymeren de komende jaren commercieel levensvatbaar zullen worden, omdat de ontwikkelaars van plan zijn hun efficiëntie te verhogen tot 15%, dat wil zeggen tot het niveau van silicium.
Afronding van de beoordeling superdunne zonnepanelen met een dikte van 1,9 microndie 10 keer dunner is dan andere eerder gemaakte dunne-filmbatterijen. Japanse en Oostenrijkse wetenschappers creëerden samen een dun organisch, ongewoon flexibel zonnepaneel. Bij de demonstratie werd het product gewikkeld rond een mensenhaar met een diameter van 70 μm.
Traditionele materialen werden gebruikt om de batterij te maken, maar het substraat was gemaakt van 1,4 micron dik polyethyleentereftalaat. Met een efficiëntie van 4,2% was het specifieke vermogen van de nieuwe zonnebatterij 10 watt per gram, wat over het algemeen 1000 keer hoger is dan de overeenkomstige indicator voor multikristallijne siliciumbatterijen.
In dit opzicht lijkt het veelbelovend de ontwikkeling van gebieden als "slim textiel" en "slimme huid", waar naast zonnepanelen, elektronische microschakelingen gecreëerd met soortgelijke technologie even dun en flexibel kunnen zijn.
Zie ook op electro-nl.tomathouse.com
: