قطعه کوچکی از نمونه اولیه tarp خورشیدی. دانشگاه کالیفرنیا ، سن دیگو ، CC BY-ND
پتانسیل تولید انرژی پانل های خورشیدی - و محدودیت کلیدی در استفاده آنها - نتیجه آن چیزی است که از آنها ساخته شده است. پانل های ساخته شده از سیلیکون در قیمت پایین می افتند به طوری که در برخی از نقاط آنها می توانند برق را تامین کنند هزینه های مربوط به همان قدرت از سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ و گاز طبیعی. اما پانل های خورشیدی سیلیکونی نیز بزرگ، سفت و سخت هستند، بنابراین آنها نمی توانند در هر کجا استفاده شوند.
پانل های خورشیدی می توانند در بسیاری از نقاط جهان که برق منظم ندارند خواندن نور پس از تاریکی و انرژی به پمپ آب آشامیدنی، کمک قدرت خانگی کوچک یا کسب و کار مبتنی بر روستا یا حتی خدمت می کنند پناهگاه های اضطراری و پناهندگان پناهنده. اما شکنندگی مکانیکی، سنگین بودن و مشکلات حمل و نقل پانل های سیلیکونی خورشیدی نشان می دهد که سیلیکون ممکن است ایده آل نباشد.
ساختن کار دیگران, گروه تحقیقاتی من کار می کند پانل های خورشیدی قابل انعطاف، که می تواند به عنوان یک پانل سیلیکون کارآمد باشد، اما نازک، سبک و قابل انعطاف است. این نوع دستگاه، که ما آن را "خورشیدی بین، "می تواند به اندازه یک اتاق گسترش یابد و از خورشید تولید برق شود، و می توان آن را به اندازه یک گریپ فروت و در یک کوله پشتی به اندازه 1,000 بار بدون شکستن پر کرد. در حالی که برخی تلاش ها برای ساخت سلول های آلی خورشیدی به وضوح توسط انعطاف پذیری انجام شده است آنها را فوق العاده نازک ساخت، دوام واقعی نیاز به یک ساختار مولکولی دارد که باعث می شود پانل های خورشیدی کشش پذیر و دشوار باشد.
نیمه هادی سیلیکون
سیلیکون از شن و ماسه استخراج می شود که ارزان می شود. و این که اتمهای آن در یک ماده جامد بسته می شوند، آن را نیمه هادی خوب می کند، به این معنی که هدایت آن می تواند با استفاده از میدان های الکتریکی یا نور روشن و خاموش شود. از آنجا که ارزان و مفید است، سیلیکون پایه ای برای تراشه ها و تخته مدار در رایانه ها است، تلفن های همراه و اساسا دیگر الکترونیک، انتقال سیگنال های الکتریکی از یک جزء به دیگری. سیلیکون همچنین کلید بسیاری از پانل های خورشیدی است، زیرا می تواند انرژی را از نور به هزینه های مثبت و منفی تبدیل کند. این هزینه ها به طرف مقابل یک سلول خورشیدی جریان می یابد و می تواند مانند یک باتری استفاده شود.
اما خواص شیمیایی آن نیز بدان معنی نیست که آن را نمی توان به الکترونیک انعطاف پذیر تبدیل کرد. سیلیکون نور را بسیار کارآمد نمی کند. فوتونها ممکن است از طریق یک پانل سیلیکون که بسیار ضخیم هستند عبور کنند، بنابراین باید نسبتا ضخیم باشند - در اطراف میکرومتر 100، در مورد ضخامت یک لایحه دلار - به طوری که هیچ یک از نور می رود به زباله.
نیمه هادی نسل بعدی
اما محققان نیمه هادی های دیگر را پیدا کرده اند که در جذب نور بسیار بهتر هستند. یک گروه از مواد "perovskites، "می توان برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده کرد تقریبا به همان اندازه سیلیکون ها کارآمد هستنداما با لایه جذب نور که یک هزارم ضخامت مورد نیاز با سیلیکون است. در نتیجه، محققان در حال کار بر روی ساختمان هستند سلول های خورشیدی Perovskite که می توانند هواپیماهای بدون سرنشین کوچک را قدرت ببخشند و دستگاه های دیگر که در آن کاهش وزن یک عامل کلیدی است.
La جایزه نوبل 2000 در شیمی به محققانی که اولین بار متوجه شدند می توانند نوع دیگری از نیمه هادی نازک نازک را به نام پلیمر نیمه رسانا معرفی کنند، اهدا شد. این نوع ماده "نیمه هادی آلی" نامیده می شود، زیرا بر اساس کربن است و به نام "پلیمری" نامیده می شود، زیرا از زنجیره های طولانی مولکول های آلی تشکیل شده است. نیمه هادی های ارگانیک در حال حاضر به طور تجاری استفاده می شود، از جمله در صنعت میلیارد دلار of صفحه نمایش دیود نور آلی است، بهتر است به عنوان تلویزیون OLED شناخته شود.
نیمه هادی پلیمر در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته به عنوان Perovskites یا سیلیکون کارآمد نیست، اما آنها خیلی بیشتر هستند انعطاف پذیر و بالقوه فوق العاده با دوام. پلیمرهای منظم - نه نیمه هادی ها - در همه جا در زندگی روزمره یافت می شوند؛ آنها مولکول هایی هستند که پارچه، پلاستیک و رنگ را تشکیل می دهند. نیمه هادی پلیمر دارای توان بالقوه برای ترکیب خواص الکترونیکی مواد مانند سیلیکون با خواص فیزیکی پلاستیک است.
بهترین از هر دو جهان: کارایی و دوام
بسته به ساختار آنها، پلاستیک دارای طیف گسترده ای از خواص - از جمله هر دو انعطاف پذیری، مانند یک بین؛ و سفتی، مانند پانل های بدن برخی اتومبیل ها. پلیمرهای نیمه رسانا دارای ساختارهای مولکولی سفت و سخت هستند و بسیاری از آنها از کریستالهای کوچک تشکیل شده است. اینها کلید خواص الکترونیکی خود هستند، اما تمایل دارند آنها را شکننده کنند، که ویژگی خاصی برای اقلام انعطاف پذیر یا سخت نیست.
کار گروه من به شناسایی راه های ایجاد شده متمرکز شده است مواد با هر دو خواص نیمه هادی خوب و دوام پلاستیک ها به علت انعطافپذیر بودن یا نبودن شناخته می شوند. این امر به نظر من یک خورشید خورشیدی یا پتو می تواند منجر شود، اما می تواند منجر به مواد سقف، کاشیهای کفپوش در فضای باز یا حتی سطوح جاده یا پارکینگ شود.
این کار کلیدی برای استفاده از قدرت نور خورشید است - چرا که پس از همه، نور خورشید که در یک ساعت به زمین حمله می کند شامل انرژی بیش از همه بشریت در یک سال استفاده می کند.
درباره نویسنده
دارن لیپومی، استاد نانو مهندسی دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو
این مقاله در اصل در تاریخ منتشر شد گفتگو. دفعات بازدید: مقاله.
کتاب های مرتبط
at InnerSelf Market و آمازون
