Ypač ploni daugiasluoksniai saulės elementai, pagaminti nanostruktūrizuotų medžiagų pagrindu

Viso pasaulio mokslininkai skiria didelį dėmesį saulės energijos konversijos sistemų tobulinimui. Siekdami padidinti jų efektyvumą ir kiek įmanoma sumažinti saulės kolektorių tiesioginės gamybos sąnaudas, Masačusetso technologijos instituto mokslininkai nusprendė pasirinkti saulės elementų storio mažinimo kelią.

Naujo tipo plokštės gali pranokti bet kokius tokius sprendimus, o elektros energijos gamybai vienam sunaudotos medžiagos kilogramui jis bus pranašesnis tik už uraną. Tokios plokštės gali būti pagamintos iš lakštų, sulankstytų daugeliu sluoksnių. grafenas arba molibdeno disulfidas, kurio storis yra tik viena molekulė (monomolekulinių lakštų krūvos). Mokslininkai tvirtina, kad šis požiūris galų gale taps geriausiu įmanomu metodu kuriant saulės energiją.

Jeffrey Grossmanas, Masačusetso technologijos instituto energetikos profesorius, sako, kad nepaisant didelio mokslininkų, tyrinėjančių dvimates į grafeną panašias medžiagas, dėmesio, pastaraisiais metais buvo visiškai pamirštos šių medžiagų galimybės naudoti saulės keitiklių sistemose. Paaiškėjo, kad šios medžiagos nėra tik geros, bet ir labai gerai susidoroja su joms paskirta užduotimi.

Ilgainiui dviejų sluoksnių vieno atomo storis, kaip pristatyta „Grossman“ komandai, suteiks 1-2% efektyvumą, saulės šviesos energiją paverčiant elektra. Panašu, kad palyginti su 15–20% efektyvumu tradiciniai silicio elementaitačiau svarbu atsiminti, kad rezultatas pasiekiamas naudojant medžiagas, tūkstančius kartų plonesnes nei servetinis popierius.

Dviejų sluoksnių baterija, kurios storis yra 1 nanometras, yra šimtai tūkstančių kartų plonesnė nei įprasto silicio, todėl, klodami šiuos ploniausius lakštus daugelyje sluoksnių, galite žymiai padidinti ir viršyti įprastą saulės elementų efektyvumą. Anot „Grossman“ bendraautorių, tai sukurs didelę konkurenciją dėl gerai žinomos technologijos.

Tais atvejais, kai svoris yra kritinis, pavyzdžiui, erdvėlaiviuose, aviacijoje ir besivystančio pasaulio vietose, kur transportavimo išlaidos yra nemažos, tokie lengvieji elementai jau turi didelį potencialą.

Palyginti su svoriu, naujosios saulės baterijos pagamins iki 1000 kartų daugiau energijos nei įprastos baterijos. Tuo pačiu metu ploniausias iki šiol pagamintas įprastų technologijų saulės elementų svoris 50 kartų viršija naujus.

Tai ne tik transportavimo paprastumas, bet ir plokščių montavimo paprastumas, nes pusė šių dienų saulės baterijų kainos yra laikančiosios konstrukcijos ir sujungimo bei valdymo sistemos kaina. Šias išlaidas galima žymiai sumažinti naudojant lengvesnius dizainus.

Be to, pati medžiaga yra daug pigesnė už reikiamo grynumo silicį, kuris naudojamas standartinėse saulės baterijose, nes lakštai yra tokie ploni, kad jiems reikia labai nedidelio pradinių medžiagų kiekio.

Tai yra įspūdingas pavyzdys, kaip nanostruktūruotos medžiagos gali būti pagrindas projektuojant naujausius energijos prietaisus. Manoma, kad šių plonų sluoksnių mechaninis stiprumas ir lankstumas taip pat bus didelis. Kūrėjai sako, kad tai tik naujos saulės energijos medžiagų kartos pradžia.

Viena vertus, molibdeno disulfidas ir molibdeno dislenidas, naudojami šiame projekte, yra tik dvi iš daugelio dviejų dimensijų medžiagų, kurios čia gali būti panaudotos, jau nekalbant apie įvairius jų derinius, skirtus naudoti kartu.

Tyrėjai mano, kad reikia ištirti daugybę medžiagų, o sąlygos refleksijai jau buvo sukurtos. Dabar mokslininkai gali pažvelgti į šias medžiagas visiškai nauju būdu.

Ir nors šiuo metu nėra pramoninių molibdeno disulfido ir molibdeno dislenido gamybos būdų, tai yra aktyvių tyrimų sritis. Pagaminamumas yra svarbi problema, tačiau šią problemą galima išspręsti.

Papildomas tokių medžiagų pranašumas yra jų ilgalaikis stabilumas net lauke, o kitos saulės medžiagos reikalauja apsauginės dangos sunkiais stiklo sluoksniais, o tai taip pat brangu. Tiesą sakant, yra atsparus tiek ultravioletiniams spinduliams, tiek drėgmei, todėl naujasis sprendimas yra labai patikimas.

Parengiamasis darbas apėmė tik kompiuterinį medžiagų modeliavimą, tačiau dabar grupė mokslininkų bando patys gaminti prietaisus. Žinoma, tai tik ledkalnio viršūnė, kalbant apie dvimačių medžiagų naudojimą „švariai energijai“ gaminti.