Energia solară: modul în care un design "pancarte solare" poate exploata puterea soarelui

Potențialul generator de energie al panourilor solare - și o limitare cheie a utilizării lor - este rezultatul a ceea ce sunt făcute. Panourile din siliciu sunt în scădere, astfel încât, în unele locații, ele pot furniza energie electrică care costă aproximativ aceeași putere ca și combustibilii fosili, cum ar fi cărbunele și gazele naturale. Dar panourile solare de tip silicon sunt de asemenea voluminoase, rigide și fragile, astfel încât acestea nu pot fi folosite oriunde.

În multe părți ale lumii care nu au electricitate obișnuită, panourile solare ar putea oferi lumină de citit după întuneric și energie pentru pomparea apei potabile, pentru a ajuta energia întreprinderilor mici din gospodării sau sate, sau chiar a servi adăposturi de urgență și tabere de refugiați. Dar fragilitatea mecanică, dificultatea și dificultățile de transport ale panourilor solare de siliciu sugerează că siliciul poate să nu fie ideal.

Bazându-mă pe munca celorlalți, grupul meu de cercetare lucrează la dezvoltarea panourilor solare flexibile, care ar fi la fel de eficiente ca un panou de siliciu, dar ar fi subțire, ușor și ușor de îndoit. Acest tip de dispozitiv, pe care noi îl numim "prelate solare", ar putea fi împrăștiat la dimensiunea unei încăperi și ar putea genera electricitate de la soare și ar putea fi împachetat până la dimensiunea unui grapefruit și umplut într-un rucsac ca de multe ori de 1.000 de ori fără să se spargă. Deși a existat un efort pentru a face celulele solare organice mai flexibile, pur și simplu făcându-le ultra-subțire, durabilitatea reală necesită o structură moleculară care face panourile solare elastice și dure.

Silicon Semiconductori

Siliconul este derivat din nisip, ceea ce îl face ieftin. Și modul în care atomii săi sunt împachetați într-un material solid îl face un semiconductor bun, ceea ce înseamnă că conductivitatea acestuia poate fi pornită și oprită utilizând câmpuri electrice sau lumină. Deoarece este ieftin și util, siliciul este baza microcipurilor și plăcilor de circuite în computere, telefoane mobile și practic toate celelalte electronice, care transmit semnale electrice de la o componentă la alta. Siliconul este, de asemenea, cheia majorității panourilor solare, deoarece poate transforma energia din lumină în încărcături pozitive și negative. Aceste sarcini curg către părțile opuse ale celulei solare și pot fi folosite ca o baterie.

Proprietățile sale chimice, de asemenea, înseamnă că nu pot fi transformate în electronice flexibile. Siliconul nu absorb foarte eficient lumina. Fotonii ar putea trece printr-un panou de siliciu prea subțire, deci trebuie să fie destul de groși - în jur de 100 de micrometri, în jurul valorii de grosime a unui banc de dolar - astfel încât nici o lumină să nu se deterioreze.

Generatoare de semiconductori de ultima generatie

Dar cercetătorii au descoperit și alte semiconductori care sunt mult mai bine să absoarbă lumina. Un grup de materiale, denumite "perovskites", pot fi folosite pentru a face celulele solare care sunt aproape la fel de eficiente ca și cele din silicon, dar cu straturi absorbante de lumină care sunt de o mie din grosimea necesară cu siliciu. Ca urmare, cercetătorii lucrează la construirea celulelor solare perovskite care pot acționa avioane mici fără pilot și alte dispozitive în care reducerea greutății este un factor-cheie.

Premiul Nobel pentru Chimie din 2000 a fost acordat cercetătorilor care au descoperit mai întâi că ar putea face un alt tip de semiconductor ultra-subțire, numit polimer semiconductor. Acest tip de material se numește "semiconductor organic" deoarece se bazează pe carbon și se numește "polimer", deoarece constă din lanțuri lungi de molecule organice. Semiconductorii organici sunt deja utilizați comercial, inclusiv în industria de miliarde de dolari a ecranelor ecologice cu diode de lumină, mai cunoscute sub numele de televizoare OLED.

Semiconductorii polimeri nu sunt la fel de eficienți în convertirea luminii solare la electricitate ca perovskiți sau siliciu, dar sunt mult mai flexibili și, eventual, extraordinar de durabili. Polimerii obișnuiți - și nu cei semiconductori - se găsesc pretutindeni în viața de zi cu zi. Ele sunt moleculele care alcătuiesc materialul, plasticul și vopseaua. Semiconductorii polimeri au potențialul de a combina proprietățile electronice ale materialelor, cum ar fi siliciul, cu proprietățile fizice ale plasticului.

Cel mai bun din ambele lumi: eficiență și durabilitate

În funcție de structura lor, materialele plastice au o gamă largă de proprietăți - inclusiv flexibilitatea, ca și în cazul unei prelate; și rigiditate, cum ar fi panourile caroseriei unor automobile. Polimerii polimerici au structuri moleculare rigide, iar multe sunt compuse din cristale mici. Acestea sunt cheia proprietăților lor electronice, dar au tendința de a le face fragile, ceea ce nu este un atribut dorit pentru elementele flexibile sau rigide.

Activitatea grupului meu sa concentrat pe identificarea modalităților de a crea materiale atât cu proprietăți semiconductoare bune, cât și cu materialele de durabilitate cunoscute - fie ele flexibile sau nu. Acest lucru va fi esențial pentru ideea mea despre o prelată sau pătura solare, dar ar putea duce și la materiale de acoperiș, plăci de pardoseală în exterior sau poate chiar suprafețe de drumuri sau locuri de parcare.

Această lucrare va fi cheia exploatării puterii soarelui - pentru că, la urma urmei, lumina soarelui care lovește Pământul într-o singură oră conține mai multă energie decât întreaga umanitate într-un an.

Acest articol a fost inițial publicat în The Conversation de Darren Lipomi. Citiți articolul original aici.