211service.com
Sīki saules elementi
Hārvardas universitātes pētnieki ir izgatavojuši saules baterijas, kas ir neliela daļa no cilvēka matu platuma. Šūnas, no kurām katra ir izgatavota no viena nanovada, kura platums ir tikai 300 nanometri, varētu būt noderīgas, lai darbinātu sīkus sensorus vai robotus vides uzraudzībai vai militāriem lietojumiem. Turklāt saules bateriju pamata dizains varētu būt noderīgs liela mēroga enerģijas ražošanā, potenciāli samazinot elektroenerģijas ražošanas izmaksas no saules.
Nano saules enerģija: Silīcija nanovada šķērsgriezums, kas pārvērš gaismu elektrībā. Attēls ir iekrāsots, lai izceltu ierīces funkcionālos slāņus. Katrs slānis ir izgatavots no silīcija, kas modificēts ar citu materiālu, kas piešķir tam atšķirīgas elektroniskās īpašības. Ārējais silīcija dioksīda slānis aizsargā aktīvos slāņus iekšpusē. Kad elektronu nanovadā atbrīvo fotons, tas aiz sevis atstāj pozitīvu caurumu; zilais slānis un sarkanais kodols atdala elektronus no caurumiem. Kad tie ir atdalīti, elektronus var savākt, lai izveidotu strāvu. Dzeltenais slānis atdala zilo slāni no sarkanā slāņa.
Katra no jaunajām saules baterijām ir nanovads ar kristāliskā silīcija kodolu un vairākiem koncentriskiem silīcija slāņiem ar dažādām elektroniskām īpašībām. Šie slāņi veic tās pašas funkcijas, ko veic parasto saules bateriju pusvadītāju slāņi, absorbējot gaismu un notverot elektronus, lai radītu elektrību. Lai izveidotu šūnas, Čārlzs dārgais! ķīmijas profesors Hārvardas Universitātē, modificēja metodes, kuras viņš iepriekš izmantoja, lai izveidotu nanovadus, kas varētu kalpot kā sensori vai tranzistori. Pēc tam viņš parādīja, ka viņa saules baterijas var darbināt divas no viņa agrākajām nanovadu ierīcēm, pH sensoru un tranzistoru komplektu.
Šajā rakstā ir sniegts pirmais piemērs viena silīcija nanovada izmantošanai saules enerģijas ieguvei Džuns Lins Vans , Džordžijas Tehnikas materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors. Viņš Lībera darbu sauc par izrāvienu pētījumiem nanotehnoloģiju jomā.
Sākumā nanovadu saules baterijas, visticamāk, būs noderīgas nišas lietojumos, kur to mazais izmērs ir galvenais, piemēram, ārkārtīgi mazos sensoros vai robotos, kuru sensori un elektronika varētu gūt labumu no integrēta barošanas avota. Pēdējā laikā ir daudz runāts par neatkarīgu nanomašīnu un nanosistēmu izveidi, saka Phaedon Avouris , IBM pētniecības līdzstrādnieks. Jautājums vienmēr ir bijis, kā jūs plānojat viņus nodrošināt? Ja vēlaties izveidot neatkarīgu nanosistēmu, kas ir autonoma un nav pievienota centrālajam barošanas avotam, jums ir nepieciešams kaut kas līdzīgs šim.
Galīgais mērķis būtu izveidot elektroniskus komponentus, kas paši var tikt samontēti ierīcēs, kuras citādi nebūtu iespējams izgatavot. (Lībers ir parādījis, ka ir iespējams izgatavot šādus komponentus no nanovadiem, kurus pēc tam šķīdumā var salikt parastos masīvos.) Mēs vēlētos iekļaut atmiņu, nanoprocesoru, varbūt sensoru un strāvas avotu, lai to vadītu. saka. Ja mēģināt salikt visus šos gabalus ar parasto tehnoloģiju, tas kļūst diezgan apgrūtinoši.
Papildus sīku iekārtu darbināšanai saules baterijas, kas izgatavotas no mikroskopiskiem vadiem, galu galā var tikt apvienotas lielos blokos, lai aizstātu parastos jumta saules paneļus. Lībera pētījumi joprojām ir agrīnā stadijā, taču viņa jaunie nanovadi liecina, ka Kalifornijas Tehnoloģiju institūta pētnieku ierosinātā teorētiskā saules baterija varētu būt dzīvotspējīga. Harijs Atvoters , lietišķās fizikas un materiālu zinātnes profesors uzņēmumā Caltech, un Neitans Lūiss , ķīmijas profesors, ir norādījuši, ka saules baterijas, kas izgatavotas no mikroskopiskiem vadiem, būtu daudz lētākas nekā parastās saules baterijas, jo tās varētu izgatavot no lētākiem materiāliem, tostarp, kā saka Lūiss, no rūsas.
Līdz šim saules baterijas, kas izgatavotas no tik lētiem materiāliem, ir bijušas nepraktiskas, jo to konstrukcijas prasībās ir būtiska pretruna. Lai saules baterijas būtu efektīvas, tām ir jāveic vismaz divas lietas. Pirmkārt, tiem ir jāuzsūc gaisma, tāpēc tiem ir nepieciešami pietiekami biezi aktīvie materiāli, lai gaisma nevarētu iziet cauri tiem. Bet viņiem ir arī jāsavāc elektroni, ko izsituši absorbētie fotoni. Šim nolūkam parasti ir labāki īpaši plāni materiāli; pretējā gadījumā elektroni var iesprūst materiālā. Viens no veidiem, kā saskaņot šos konkurējošos dizaina ierobežojumus, ir izveidot salīdzinoši biezus materiāla slāņus, bet izmantot ārkārtīgi tīrus, kristāliskus materiālus, kuriem trūkst defektu un piemaisījumu, kas var notvert elektronus. Šādi materiāli darbojas labi, taču tie ir dārgi, saglabājot augstu saules paneļu cenu.
Nanovadi, piemēram, tie, ko Lībers izmantoja savām saules baterijām, piedāvā alternatīvu. Nanovadi var absorbēt ievērojamu daudzumu gaismas visā to garumā. Tajā pašā laikā elektroniem nanovadā ir jāpārvietojas tikai nelielā attālumā no viena koncentriskā materiāla slāņa uz otru, lai tos savāktu. (Slāņi kalpo elektronu atdalīšanai no pozitīvajiem līdziniekiem, caurumiem, kas ļauj savākt elektronus.) Tā kā materiāli ir plāni, iespēja, ka elektrons tiks iesprostots defekta dēļ, pirms izkļūt no viena slāņa uz nākamo, ir mazs. tāpēc ir iespējams izmantot lētākus materiālus ar vairāk defektu.
Lībers pierādīja, ka nanovadi patiešām var ražot elektroenerģiju, taču joprojām ir daudz izaicinājumu, pirms tie nonāks komerciālos saules baterijās. Lībers ir pārbaudījis tikai nelielu skaitu nanovadu saules bateriju. Liela mēroga lietojumiem nanovadi būtu ķīmiski jāaudzē blīvos blokos. Atvoters un Lūiss nesen veica pasākumus šajā virzienā, pagājušajā mēnesī publicējot divus rakstus, kuros aprakstīti augoši blīvi mikroskopisku vadu bloki, bet vadi bez vairākiem slāņiem, kādi ir Līberam. Pārī ar šķidru elektrolītu vadi radīja elektrību no gaismas. Tā kā var izrādīties vieglāk ražot cietvielu saules baterijas, piemēram, Lībera, Lūiss un Atvoters strādā, lai ražotu vadu blokus ar vairākiem slāņiem.
Būtiskākais abu grupu darba ierobežojums ir to saules bateriju sliktā efektivitāte. Piemēram, Lībera šūnas 3,4 procentus ienākošās gaismas pārveidoja elektroenerģijā. Lai gan tas ir iepriecinošs skaitlis attiecībā uz koncepcijas pierādījumu laboratorijā izmantotajām saules baterijām, tas ir tālu no parasto silīcija saules paneļu efektivitātes, kas pārsniedz 20 procentus. Pat ar iespējamām lētāku materiālu priekšrocībām, uz stieples balstītām saules baterijām, iespējams, vajadzētu būt aptuveni 10 procentiem efektīvas, ja tās konkurētu ar esošajām tehnoloģijām. Pētnieku nākamie soļi ietver veidu atrašanu, kā izveidot blīvākus vadu blokus, lai absorbētu vairāk gaismas, un Lībera gadījumā atrast veidus, kā radīt palielinātu spriegumu no nanovadu saules baterijām.