211service.com
Saules elementu aptīšana ap optisko šķiedru
Ar krāsu sensibilizētās saules baterijas ir elastīgas un lēti izgatavojamas, taču tās mēdz būt neefektīvas gaismas pārvēršanā elektrībā. Viens no veidiem, kā uzlabot jebkura saules baterijas veiktspēju, ir palielināt ienākošajai gaismai pieejamo virsmu. Tātad Georgia Tech pētnieku grupa ir izveidojusi ar krāsu sensibilizētas saules baterijas ar daudz lielāku efektīvo virsmu, aptinot šūnas ap optiskajām šķiedrām. Šīs šķiedras saules baterijas ir sešas reizes efektīvākas nekā cinka oksīda saules baterijas ar tādu pašu virsmas laukumu, un, ja tās var uzbūvēt, izmantojot lētas polimēru šķiedras, to izgatavošanai nevajadzētu būt ievērojami dārgākai.
Saules enerģija uz šķiedras : Optiskā šķiedra (pa kreisi) ir pārklāta ar cinka oksīda nanovadiem, kas pārklāti ar krāsu (tuvplāns, pa labi). Abi attēli tika izgatavoti, izmantojot skenējošu elektronu mikroskopu.
Optisko šķiedru saules bateriju sistēmas priekšrocība salīdzinājumā ar plakanajām sistēmām ir tāda, ka gaisma atlec apkārt optiskās šķiedras iekšpusē, kad tā pārvietojas tās garumā, nodrošinot vairāk iespēju mijiedarboties ar saules bateriju tās iekšējā virsmā un radot vairāk strāvas. Konkrētajam nekustamajam īpašumam šūnas kopējā platība ir lielāka, un palielināts virsmas laukums nozīmē labāku gaismas ieguvi un vairāk enerģijas, saka. Makss Šteins , Materiālzinātnes un inženierzinātņu docents Mičiganas Universitātē, kurš nebija iesaistīts pētniecībā.
Optiskās šķiedras saules baterijas varētu izmantot arī tādos veidos, kas pašlaik nav iespējami. Džuns Lins Vans , Džordžijas Tehnikas materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors, saka, ka šķiedru saules baterijas aizņemtu mazāku jumta laukumu nekā plakanās šūnas, jo garas šķiedras var tikt ievietotas mājas sienās, piemēram, elektroinstalācijā.
Ar krāsu sensibilizētās saules baterijas izmanto krāsu molekulas, lai absorbētu gaismu un ģenerētu elektronus. Grupa Georgia Tech vispirms noņem apšuvumu no optiskajām šķiedrām un pēc tam audzē cinka oksīda nanovadus gar to virsmu, piemēram, sarus uz cauruļu tīrītāja. Pēc tam šķiedras apstrādā ar krāsvielu molekulām, kuras absorbē cinka oksīda struktūras. Nanovadu, nevis gludas virsmas pārklāšanas ar krāsvielu priekšrocība ir tāda, ka vadiem kopā ir ļoti liels virsmas laukums. Jo vairāk krāsvielu molekulu ir noteiktā šādas šūnas apgabalā, jo vairāk gaismas tā var absorbēt, saka Vans. Pēc tam ar krāsu pārklātās šķiedras ieskauj elektrolīts un metāla plēve, kas no ierīces noņem elektronus. Darbs ir aprakstīts tiešsaistē žurnālā Angewandte Chemie International Edition .
Jautājums ir, vai jūs varat absorbēt visu gaismu, izmantojot nelielu materiālu daudzumu? saka Yi Cui , Stenfordas universitātes materiālu zinātnes docents. Viņš saka, ka nanostrukturētas šūnas izveidošana uz optiskās šķiedras nodrošina veidu, kā to izdarīt, palielinot gan virsmas laukumu, ko sedz krāsviela, gan gaismas efektīvo ceļa garumu. Jo ilgāk fotons pārvietojas pa saules bateriju, jo vairāk iespēju tam ir mijiedarboties un ģenerēt elektronu.
Viens no iespējamiem klupšanas akmeņiem šķiedru šūnām ir, pirmkārt, pietiekami daudz gaismas. Vanga ierīces savāc gaismu tikai to galos, tāpēc, lai šādā saules baterijā nonāktu pietiekami daudz gaismas, neizsekot saulei, mazākas šķiedras var būt savienotas kopā. Cui saka, ka šķiedru galus varētu izgatavot no materiāliem, kas ļoti efektīvi virza gaismu šķiedrā. Vēl viens veids, kā pārvarēt šo problēmu, ir izveidot šķiedru šūnas, kas spēj absorbēt gaismu visā to garumā, ne tikai galos — pie kā strādā Mičiganas Shtein. Tas ir sarežģīti, jo tas nozīmē, ka šūnu pārklājumiem jābūt gan elektriski vadošiem, gan caurspīdīgiem, kas ir neparasta kombinācija.
Tomēr Shtein saka, ka šķiedras, kas absorbē gaismu no sāniem, piedāvā interesantu arhitektūru gaismas uztveršanai, jo jūs varat sadalīt šķiedras telpā tādā veidā, kas palīdz efektīvāk uztvert vairāk fotonu nekā plakanā ierīcē. Jo zemāks ir leņķis, kurā gaisma skar plakanu šūnu, jo vairāk gaismas atstarojas no tās virsmas. Bet gaisma, kas atstarojas no šķiedras izliektās virsmas seklā leņķī, skars blakus esošo šķiedru. Šīs šūnas varētu būt konstruētas tā, lai tās nebūtu jāinstalē ar saules izsekošanas sistēmām, un tās darbotos mākoņainās dienās, kad gaisma ir izkliedēta, saka Šteins.
Vangs saka, ka nākamais solis ir izmēģināt dažādus materiālus. Līdz šim viņš šūnas ir būvējis uz kvarca optiskajām šķiedrām, kas ir salīdzinoši dārgas. Tālāk viņš plāno mēģināt izgatavot šūnas, izmantojot lētākas polimēru šķiedras.