Solarna energija: Kako "Solarni Tarp" dizajn može iskoristiti snagu Sunca

Potencijal solarnih panela koji stvara energiju - i ključno ograničenje njihovog korištenja - rezultat je onoga od čega su napravljeni. Ploče od silicija opadaju u cijeni tako da na nekim mjestima mogu osigurati električnu energiju koja košta otprilike isto kao i energija iz fosilnih goriva poput ugljena i prirodnog plina. Silikonski solarni paneli su također glomazni, kruti i lomljivi, tako da se ne mogu koristiti bilo gdje.

U mnogim dijelovima svijeta koji nemaju redovitu električnu energiju, solarni paneli mogu osigurati svjetlo za čitanje nakon mraka i energiju za ispumpavanje vode za piće, pomoć u napajanju malih kućanstava ili poduzeća u selima, ili čak za pružanje hitnih skloništa i utočišta za izbjeglice. Mehanička krhkost, težina i poteškoće pri transportu silikonskih solarnih panela ukazuju na to da silicij možda nije idealan.

Nadovezujući se na rad drugih, moja istraživačka skupina radi na razvoju fleksibilnih solarnih panela, koji bi bili jednako učinkoviti kao i silikonska ploča, ali bi bili tanki, lagani i savitljivi. Ovakav uređaj, koji zovemo "solarni tarp", može se raširiti na veličinu sobe i proizvoditi električnu energiju od sunca, a može se slagati do veličine grejpa i puniti u ruksak kao više od 1000 puta bez prekida. Iako je uloženo nekoliko napora da se organske solarne ćelije učine fleksibilnijim tako da ih se učini ultra tankim, prava trajnost zahtijeva molekularnu strukturu koja solarne panele čini rastezljivima i tvrdim.

Silikonski poluvodiči

Silicij se dobiva iz pijeska, što ga čini jeftinim. Način na koji njegovi atomi spajaju čvrsti materijal čini ga dobrim poluvodičem, što znači da se njegova vodljivost može uključiti i isključiti pomoću električnih polja ili svjetla. Budući da je jeftin i koristan, silicij je osnova za mikročipove i ploče u računalima, mobilnim telefonima i, u osnovi, za sve ostale elektronike, prenoseći električne signale iz jedne komponente u drugu. Silicij je također ključ za većinu solarnih panela, jer može pretvoriti energiju iz svjetlosti u pozitivne i negativne naboje. Ove naboje teče na suprotne strane solarne ćelije i mogu se koristiti kao baterije.

Ali njegova kemijska svojstva također znače da se ne može pretvoriti u fleksibilnu elektroniku. Silicij ne apsorbira svjetlost vrlo učinkovito. Fotoni bi mogli proći kroz tanku silicijsku ploču, tako da moraju biti prilično debeli - oko 100 mikrometara, oko debljine dolara - tako da nitko od svjetla ne prolazi.

Poluvodiči sljedeće generacije

No, istraživači su pronašli druge poluvodiče koji su mnogo bolji u apsorpciji svjetlosti. Jedna grupa materijala, nazvana "perovskiti", može se koristiti za izradu solarnih ćelija koje su gotovo jednako učinkovite kao i silikonske, ali sa slojevima koji apsorbiraju svjetlost, a koji su tisućiti debljine potrebne silikonom. Kao rezultat toga, istraživači rade na izgradnji perovskitnih solarnih ćelija koje mogu napajati male bespilotne letjelice i druge uređaje gdje je smanjenje težine ključni čimbenik.

Nobelova nagrada za kemiju 2000. dodijeljena je istraživačima koji su prvi otkrili da bi mogli napraviti još jedan tip ultra-tankog poluvodiča, nazvanog poluvodički polimer. Ova vrsta materijala naziva se "organski poluvodič" jer se temelji na ugljiku, a naziva se "polimer" jer se sastoji od dugih lanaca organskih molekula. Organski poluvodiči već se koriste u komercijalne svrhe, uključujući i industriju biljaka od milijardu dolara za organske svjetleće diode, poznate kao OLED televizori.

Polimerni poluvodiči nisu tako učinkoviti u pretvaranju sunčeve svjetlosti u električnu energiju kao perovskiti ili silicij, ali su mnogo fleksibilniji i potencijalno iznimno izdržljivi. Redoviti polimeri - ne poluvodički - nalaze se svugdje u svakodnevnom životu. To su molekule koje čine tkaninu, plastiku i boju. Polimerni poluvodiči imaju potencijal kombiniranja elektroničkih svojstava materijala poput silicija s fizikalnim svojstvima plastike.

Najbolje od oba svijeta: učinkovitost i trajnost

Ovisno o njihovoj strukturi, plastika ima širok raspon svojstava - uključujući i fleksibilnost, kao kod cerade; i krutost, poput panela tijela nekih automobila. Poluvodički polimeri imaju krute molekularne strukture, a mnogi su sastavljeni od sićušnih kristala. To su ključni za njihova elektronička svojstva, ali ih čini krhkim, što nije poželjan atribut ni za fleksibilne ni za krute predmete.

Rad moje grupe bio je usmjeren na utvrđivanje načina stvaranja materijala s dobrim poluvodičkim svojstvima i poznatom izdržljivom plastikom - bilo fleksibilnom ili ne. To će biti ključ za moju ideju solarne tarp ili deka, ali također može dovesti do krovnih materijala, vanjskih podnih pločica, ili možda čak i površina cesta ili parkirališta.

Ovaj posao bit će ključan za iskorištavanje snage sunčeve svjetlosti - jer, na kraju krajeva, sunčeva svjetlost koja udara Zemlju u jednom satu sadrži više energije nego što se koristi za cijelu godinu.

Ovaj članak je izvorno objavljen na razgovoru Darrena Lipomija. Pročitajte izvorni članak ovdje.