'Gaismas caurules' palielina organiskās saules enerģijas efektivitāti

Pētnieki Ziemeļkarolīnā ir izstrādājuši veidu, kā vairāk nekā dubultot organisko saules bateriju veiktspēju, pievienojot vertikālu optisko šķiedru slāni, kas darbojas kā saules gaismas slazdi.

Šķiedru mežs: Šis saules paneļa prototips ir pārklāts ar optiskām šķiedrām. Fotoni atlec šķiedru iekšpusē, pirms tie tiek absorbēti, un tas dubulto paneļa efektivitāti salīdzinājumā ar parastajām organiskajām šūnām.

Deivids Kerols , Veikforesta universitātes fizikas profesors, vadīja saules baterijas prototipa izstrādi, kurā ir iekļautas šķiedras. Viņš ir galvenais zinātnieks spinoff uzņēmumā ar nosaukumu FiberCell kas izstrādā ražošanas procesu no ruļļa uz ruļļa, lai ražotu šūnas. Mēs gatavojamies izveidot strādājošus demonstratorus, kas pārliecinātu kādu sākt ar to ražošanu, sacīja Kerols .

Labāko organisko saules bateriju efektivitāte mūsdienās ir gandrīz 8 procenti, lai gan turpinās centieni izstrādāt organisko ķīmiju, kas palielinātu šādu elementu efektivitāti virs 10 procentiem. Taču Kerols saka, ka ar uzlabotu ķīmiju vien nepietiks, lai panāktu silīcija šūnu veiktspēju. Viņš saka, ka atbilde nav saistīta ar ķīmiju, tā slēpjas pašas šūnas arhitektūrā. Kerols piebilst, ka šķiedru organisko elementu ražošanas izmaksām dolāros par vatu vajadzētu būt aptuveni tādām pašām izmaksām kā plakanām organiskajām šūnām. Bet tos var ražot rūpnīcā, kas maksā vienu desmito daļu no silīcija lietuves cenām, viņš saka. Tādējādi to ražošana būtu daudz lētāka nekā silīcija elementi.

Problēma ar standarta plakanajām šūnām neatkarīgi no tā, vai tās ir izgatavotas no organiska vai neorganiska materiāla, ir tā, ka daļa saules gaismas tiek zaudēta atstarošanas rezultātā. Lai samazinātu šo efektu, šūnu veidotāji uzklāj pretatstarojošus pārklājumus vai iegravē šūnas virsmu, lai palielinātu fotonu absorbciju. Kerola komanda ir izvēlējusies dramatiskāku pieeju, uzspiežot optiskās šķiedras uz polimēra substrāta, kas veido šūnas pamatu.

Šķiedras, kuras Kerols dēvē par vieglajām caurulēm, izvirzās no virsmas kā rupji rugāji. Tos ieskauj plānas organiskās saules baterijas, kas tiek uzklātas, izmantojot iegremdēšanas procesu, un uz šūnas tiek izsmidzināta arī gaismu absorbējoša krāsa vai polimērs. Gaisma var iekļūt šķiedras galā jebkurā leņķī. Pēc tam fotoni lēkā apkārt šķiedras iekšpusē, līdz tos absorbē apkārtējā organiskā šūna.

Pētnieki laboratorijā pārbaudīja stikla šķiedras šūnu un atklāja, ka šķiedra uzlaboja gaismas absorbciju par aptuveni pusi. Kerols saka, ka šūnas var arī saražot divreiz vairāk vatstundu dienas laikā, salīdzinot ar plakanajiem paneļiem, jo ​​tās var uztvert gaismu no dažādiem leņķiem. Tas ir tas pats, kas paņemt plakanu ierīci un visu dienu vērst to tieši pret sauli, viņš saka.

Georgia Tech pētnieki eksperimentē ar līdzīgām organiskām saules baterijām, kuru pamatā ir šķiedra. Džuns Lins Vans , universitātes materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors, saka, ka šai pieejai ir lielas priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem plakano šūnu dizainiem. Viņa laboratorija ir izstrādājusi hibrīda šūnu, kas sastāv no optiskām šķiedrām un nanovadu pūciņas, kas izgatavota no cinka oksīda, kas tiek audzēta uz šķiedru ārējām sienām. Nanovadi, kas apstrādāti ar gaismu absorbējošām krāsvielām, ir paredzēti, lai nodrošinātu lielāku virsmas laukumu saules gaismas uztveršanai. Vangs saka, ka šī pieeja palielina efektivitāti sešas reizes, lai gan viņa laboratorijai vēl ir jāpārsniedz viena šķiedra. Viņš saka, ka mēs joprojām strādājam pie vairāku šķiedru integrēšanas [uz lielākas virsmas].

Kerols sāka savu pētījumu 2004. gadā, dodot Veika universitātei priekšrocību ceļā uz komercializāciju. Viņš saka, ka lielākā daļa pašlaik esošo ierīču ir uz atsevišķām šķiedrām. Kerols arī saka, ka tirgū netrūkst ruļļu apstrādes metožu, kas varētu padarīt substrātus pārklātus ar optiskām šķiedrām. Mēs aizņemsimies no tiem; to nav grūti izdarīt, viņš saka. Jutība pret plēves biezumu un pārklājuma kvalitāti ir daudz mazāka, nekā mēs bijām gaidījuši, kas nozīmē, ka ražošanas ceļi ir daudz tuvāk, nekā mēs sākotnēji paredzējām.

FiberCell pašlaik sarunājas ar investoriem un cenšas ražot uz šķiedrām balstītas organiskās šūnas jumta dakstiņiem un citiem produktiem, kas gūtu labumu no spējas uztvert gaismu no dažādiem leņķiem Ja man tas darbojas tuvu maksimumam, tad man ir ierīce, kas teorētiski vajadzētu spēt pārsniegt 15 procentu efektivitāti, tuvojoties 20 procentiem, saka Kerols. Tas padarītu organisko fotoelementu tehnoloģiju konkurētspējīgu ar mūsdienu labākajiem silīcija paneļiem.

Džons Pols Morgans , optiskais inženieris un koncentrētas saules fotoelementu kompānijas Morgan Solar galvenais tehnoloģiju speciālists, saka, ka FiberCell pieejai būs jākonkurē ar citām metodēm, kas paredzētas paneļa virsmas laukuma palielināšanai un vairāk gaismas uztveršanai. Ir pierādīts, ka, piemēram, meža audzēšana ar cieši grupētiem nanovadiem virs substrāta uzlabo organisko šūnu efektivitāti.

Optiskās šķiedras ir interesanta pieeja, taču tāpat kā citas pieejas tā ir saistīta ar ražošanas izaicinājumiem, sacīja Morgans. Visas jaunās šūnu tehnoloģijas saskaras ar mitruma, elektrisko savienojumu, nolietojuma problēmām. Ja viņi tos var pārvarēt, tā varētu būt ļoti dzīvotspējīga ideja. Es priecājos redzēt, kas notiks tālāk.

paslēpties