Küçük bir prototip güneş muşamba parçası. California Üniversitesi, San Diego, CC BY-ND

Güneş panellerinin enerji üretme potansiyeli - ve kullanımlarında önemli bir sınırlama - yaptıklarından kaynaklanmaktadır. Silikondan yapılan paneller, bazı yerlerde elektrik temin edebilecekleri şekilde fiyatı düşüyor fosil yakıtlardan elde edilen güçlerle aynı maliyetler kömür ve doğal gaz gibi. Ancak silikon güneş panelleri de hacimli, sağlam ve kırılgandır, bu nedenle hiçbir yerde kullanılamazlar.

Dünyanın pek çok yerinde düzenli elektrik bulunmayan yerlerde güneş panelleri karanlıktan sonra okuma ışığı ve enerji içme suyu pompası, yardım et küçük ev veya köy merkezli işletmelere güç verilmesi hatta hizmet etmek acil barınma yerleri ve mülteci kampları. Ancak, silikon güneş panellerinin mekanik kırılganlığı, ağırlığı ve taşıma zorlukları, silikonun ideal olamayacağını göstermektedir.

İnşaa ediliyor başkalarının işi, araştırma grubum için çalışıyor esnek güneş panelleri geliştirmeksilikon panel kadar verimli olur, ancak ince, hafif ve bükülebilir olur. Bu tür bir cihaz olarak adlandırıyoruz.güneş katranı“” Bir odanın büyüklüğüne yayılabilir ve güneşten elektrik üretebilir ve bir greyfurt büyüklüğünde olabilir ve kırılmadan 1,000 kez bir sırt çantasına doldurulabilir. Organik güneş pillerini daha esnek hale getirmek için bazı çabalar sarf edilmiştir. onları ultra-ince yapmakGerçek dayanıklılık, güneş panellerini gerilebilir ve sert hale getiren moleküler bir yapı gerektirir.

Silisyum yarı iletkenleri

Silisyum kumdan elde edilir, bu da onu ucuz kılar. Ve atomlarının katı bir malzemede toplanma şekli onu iyi bir yarı iletken yapar, yani iletkenliği elektrik alanlar veya ışık kullanılarak açılıp kapatılabilir. Çünkü ucuz ve faydalı silikon, bilgisayarlardaki mikroçipler ve devre kartları için temel oluşturur, cep telefonlarını ve temel olarak diğer tüm elektronik cihazları, elektrik sinyallerini bir bileşenden diğerine iletir. Silisyum aynı zamanda çoğu güneş panelinin de anahtarıdır, çünkü enerjiyi ışıktan pozitif ve negatif yüklere dönüştürebilir. Bu şarjlar, bir güneş pilinin diğer tarafına akar ve bir pil gibi kullanılabilir.

Ancak kimyasal özellikleri aynı zamanda esnek elektroniklere dönüştürülemeyeceği anlamına geliyor. Silikon ışığı çok verimli bir şekilde emmez. Fotonlar çok ince bir silikon panelden geçebilirler, bu yüzden oldukça kalın olması gerekir - 100 mikrometre çevresinde, bir dolarlık banknotun kalınlığı hakkında - ışığın hiçbiri boşa gitmeyecek şekilde.

Yeni nesil yarı iletkenler

Ancak araştırmacılar, ışığı emmede çok daha iyi olan diğer yarı iletkenleri bulmuşlardır. “Malzemeler grubu”perovskitler, ”Güneş pillerini yapmak için kullanılabilir. neredeyse silikon olanlar kadar verimliAncak, binin silikonun ihtiyacı olan binde bir ışık emici katmanları olması gerekir. Sonuç olarak, araştırmacılar inşa etmeye çalışıyor küçük insansız uçaklara güç verebilen perovskite güneş pilleri ve ağırlığı azaltmanın önemli bir faktör olduğu diğer cihazlar.

The 2000 Nobel Kimyada Ödülü İlk önce yarı iletken polimer olarak adlandırılan başka bir tür ultra-ince yarı iletken yapabileceklerini bulan araştırmacılara verildi. Bu malzemeye “organik yarı iletken” denir, çünkü karbon temellidir ve uzun süre organik molekül zincirlerinden oluştuğu için “polimer” olarak adlandırılır. Organik yarı iletkenler, milyar dolarlık sanayi of organik ışık yayan diyot göstergeleridaha iyi OLED TV'ler olarak bilinir.

Polimer yarı iletkenler güneş ışığını elektroteknik veya silikon gibi elektriğe dönüştürmede verimli değildirler, ancak çok daha fazlasıdır. esnek ve olağanüstü olağanüstü dayanıklı. Düzenli polimerler - yarı iletken olanlar değil - günlük yaşamın her yerinde bulunur; kumaş, plastik ve boyayı oluşturan moleküllerdir. Polimer yarı iletkenler, silikon gibi malzemelerin elektronik özelliklerini plastiğin fiziksel özellikleriyle birleştirme potansiyeline sahiptir.

Her iki dünyanın da en iyisi: Verimlilik ve dayanıklılık

Yapılarına bağlı olarak, plastikler çok çeşitli özelliklere sahiptir - muşambadaki gibi her iki esnekliği de içerir; ve bazı otomobillerin gövde panelleri gibi sertlik. Yarı iletken polimerler, katı moleküler yapılara sahiptir ve birçoğu küçük kristallerden oluşur. Bunlar, elektronik özelliklerinin anahtarıdır ancak onları kırılgan yapma eğilimindedir; bu, esnek veya sert ürünler için istenen bir özellik değildir.

Grubumun çalışması, yaratma yollarını belirlemeye odaklandı iyi yarı iletkenlik özelliklerine ve dayanıklılığa sahip malzemeler Plastikler bilinir - esnek olsun olmasın. Bu benim güneş katranı ya da battaniyeye dair fikrimin anahtarı olacak ama aynı zamanda çatı malzemelerine, dış zemin yer döşemelerine ve hatta yolların veya park alanlarının yüzeylerine bile yol açabilir.

Bu çalışma, güneş ışığının gücünden faydalanmanın anahtarı olacaktır - çünkü sonuçta, Dünya'yı tek bir saatte vuran güneş ışığı bir yılda tüm insanlığın kullandığından daha fazla enerji.

Yazar hakkında

Darren Lipomi, Nano Mühendislik Profesörü, California San Diego Üniversitesi

Bu yazı orijinalinde Konuşma. Okumak Orijinal makale.

İlgili Kitaplar

at InnerSelf Pazarı ve Amazon