211service.com
Superefektīva saules enerģija no nanocaurulēm
Mūsdienu saules baterijas zaudē lielu daļu enerģijas gaismā, lai uzkarstu. Tagad Kornela universitātes pētnieki ir izveidojuši fotoelektrisko elementu no vienas oglekļa nanocaurules, kas var izmantot vairāk gaismas enerģijas nekā parastie fotoelementi. Mazās oglekļa caurules galu galā var tikt izmantotas efektīvāku nākamās paaudzes saules bateriju izgatavošanai.
Cauruļveida šūnas: centrā esošā oglekļa nanocaurule ir savienota ar vairākiem elektrodiem un darbojas kā superefektīva fotoelementu šūna.
Galvenais saules elementa ierobežojošais faktors ir tas, ka, absorbējot augstas enerģijas fotonu, jūs zaudējat enerģiju siltumam, un nav iespējas to atgūt, saka. Metjū Bārda , vecākais zinātnieks Nacionālajā atjaunojamās enerģijas laboratorijā Golden, CO. Enerģijas zudums siltuma dēļ ierobežo labāko saules bateriju efektivitāti līdz aptuveni 33 procentiem. Materiāls, kas var pārveidot ar daudz lielāku efektivitāti, mainīs spēli, saka Bērds.
Pētnieki, kuru vadīja Pols Makjūens , Kornela fizikas profesors, sāka, ievietojot ķēdē vienu nanocauruli un piešķirot tai trīs elektriskos kontaktus, ko sauc par vārtiem, pa vienam katrā galā un vienu apakšā. Viņi izmantoja vārtus, lai pieliktu spriegumu pāri nanocaurulei, pēc tam to apgaismoja ar gaismu. Kad fotons ietriecas nanocaurulī, tas daļu savas enerģijas nodod elektronam, kas pēc tam var izplūst cauri ķēdei no nanocaurules. Šis viena fotona un viena elektrona process parasti notiek saules baterijās. Makjūens saka, ka nanocaurules šūnā ir neparasti tas, kas notiek, ja tajā ievieto to, ko viņš sauc par lielo fotonu – fotonu, kura enerģija ir divreiz lielāka par enerģiju, kas parasti nepieciešama elektrona izvadīšanai no šūnas. Parastajās šūnās tā ir enerģija, kas tiek zaudēta kā siltums. Nanocaurules ierīcē tas ķēdē iespiež otru elektronu. Darbs tika aprakstīts pagājušajā nedēļā žurnālā Zinātne .
Ir pierādījumi, ka cita nanomateriālu klase, ko sauc par kvantu punktiem, var arī pārvērst viena fotona enerģiju vairāk nekā vienā elektronā. Tomēr funkcionālu kvantu punktu šūnu izveide, kas to spēj paveikt, ir izrādījusies liels šķērslis, saka Bērds, kura laboratoriju vadīja Artūrs Noziks , strādā pie problēmas. Viens no izaicinājumiem ar kvantu punktu saules enerģiju ir tas, ka ir ļoti grūti panākt, lai atbrīvotie elektroni atstātu kvantu punktu un nonāktu ārējā ķēdē. Sistēma jūs ķircina; jūs nevarat dabūt ārā tos lādiņu nesējus, tad kāda jēga? saka Dži Ungs Lī , nanomēroga inženierijas profesors Ņujorkas štata universitātē Olbanijā. Makjūena grupa to ir parādījusi sistēmā, kurā jūs var izņemiet papildu nesējus.
McEuen brīdina, ka viņa darbs pie oglekļa nanocauruļu fotoelementu ir būtisks. Mēs esam izveidojuši pasaulē mazāko saules bateriju, un tas ne vienmēr ir labi, viņš saka. Lai izmantotu nanocauruļu superefektivitāti, pētniekiem vispirms būs jāizstrādā metodes lielu diožu bloku izgatavošanai. Mēs neesam tādā līmenī, lai varētu palielināt oglekļa nanocaurules, taču tam vajadzētu būt galvenajam mērķim, saka Lī, kurš izstrādāja pirmās nanocaurules diodes, būdams General Electric pētnieks.
Nav skaidrs, kāpēc nanocaurules fotoelementu šūna piedāvā šo enerģijas pārveidošanu divi pret vienu. Tas mums ir noslēpumaini, saka Makjūens. Tomēr visticamākais iemesls ir tāds, ka, lai gan parastajiem saules materiāliem ir tikai viens enerģijas līmenis, lai elektroni varētu pārvietoties, oglekļa nanocaurulēm ir vairāki. Un divi no tiem vienkārši ir ļoti labi saskaņoti: viens no enerģijas līmeņiem jeb bandgaps ir divreiz augstāks par otru. Iespējams, mums ir paveicies, un tam ir ļoti maz sakara ar faktu, ka tā ir oglekļa nanocaurule, saka Makjūens. Tas nozīmē, ka Makjūens cer, ka pat tad, ja nanocauruļu saules bateriju bloku izveidošana izrādīsies pārāk sarežģīta, materiālu zinātnieki var meklēt materiālu pārus, kuriem ir šāda veida saskaņotas joslas spraugas, un slāņot tos, lai izgatavotu saules baterijas, kas darbojas ar diviem materiāliem. vienas nanocaurules šūnas var darīt. Iespējams, atbilde nebūs nanocaurulēs, bet gan citā materiālu pārī, saka Makjūens.