211service.com
Nanopijler zonnecellen
Onderzoekers van de University of California, Berkeley, hebben een nieuw soort zonnecel gemaakt door een reeks rechtopstaande pilaren op nanoschaal op aluminiumfolie te laten groeien. Ze maken buigbare zonnecellen door de hele cel in te kapselen in een transparant, rubberachtig polymeer. Het ontwerp, zo suggereren de onderzoekers, zou kunnen leiden tot zonnecellen die minder kosten dan conventionele silicium fotovoltaïsche cellen.
goedkope zonne-energie : Een nieuwe zonnecel is samengesteld uit een reeks rechtopstaande cadmiumsulfide-nanopilaren (onderaan) ingebed in een matrix van cadmiumtelluride. De hele cel, gefabriceerd op dunne aluminiumfolie, wordt buigbaar wanneer ze in polymeer wordt ingekapseld.
Dankzij de nanopilaren kunnen de onderzoekers goedkopere materialen van mindere kwaliteit gebruiken dan die worden gebruikt in conventionele silicium- en dunnefilmtechnologieën. Bovendien kan de techniek die wordt gebruikt om de cellen te maken worden aangepast om rollen flexibele panelen op dunne aluminiumfolie te maken, wat de productiekosten verlaagt, zegt Ali Javey , een professor elektrotechniek en computerwetenschappen die het werk leidde. Het werk bevindt zich in een vroeg stadium en je weet pas wat de kosten zijn als je dit met een roll-to-roll-proces doet, zegt hij. Maar als je het kunt doen, kunnen de kosten tien keer lager zijn dan wat wordt gebruikt om [kristallijne] siliciumpanelen te maken.
De zonnecellen zijn gemaakt van uniforme, 500 nanometer hoge pilaren van cadmiumsulfide ingebed in een dunne film van cadmiumtelluride. Beide materialen zijn halfgeleiders die worden gebruikt in dunnefilmzonnecellen. in een online Natuurmaterialen papier toonden Javey en zijn collega's aan dat de cellen een efficiëntie van ongeveer 6 procent hebben bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Anderen hebben cellen gemaakt met pilaarontwerpen, zegt hij, maar ze gebruikten dure methoden om de pilaren te laten groeien en konden de efficiëntie niet boven de 2 procent halen.
In conventionele cellen absorbeert silicium licht en creëert het vrije elektronen, die in het elektrische circuit moeten komen voordat ze vast komen te zitten door defecten of onzuiverheden in het materiaal. Dit vereist extreem zuiver, duur kristallijn silicium om de meest efficiënte fotovoltaïsche apparaten te realiseren.
Het ontwerp van de nanopijler verdeelt de taken van silicium: het materiaal rond de pilaren absorbeert licht en de pilaren transporteren ze naar het elektrische circuit. Dit verhoogt de efficiëntie op twee manieren. De dicht opeengepakte pilaren vangen het licht ertussen op, waardoor het omringende materiaal meer absorbeert. De elektronen hebben ook een zeer korte afstand om door de pilaren te reizen, dus er is minder kans dat ze vast komen te zitten bij defecten. Dat betekent dat je minder dure materialen van lage kwaliteit kunt gebruiken, zegt Javey.
Anderen maken zonnecellen met verschillende nanostructuren. Scheikundeprofessor Charles Lieber van Harvard University heeft nanodraden gemaakt die bestaan uit een siliciumkern en verschillende concentrische siliciumlagen. Peidong Yang , een scheikundeprofessor aan UC Berkeley, heeft kleurstofgevoelige zonnecellen gemaakt met nanodraden van zinkoxide. Deze nanodraad-zonnecellen hebben een efficiëntie van 4 procent bereikt.
Javey en zijn collega's maken de nanopijlercel door eerst aluminiumfolie te anodiseren. Dit creëert een periodieke opstelling van 200 nanometer brede poriën, die fungeren als sjablonen voor cadmiumsulfidekristallen om rechtop te groeien. Dan komt een coating van cadmiumtelluride en de bovenste elektrode, een koper- en goudfilm. Ze bevestigen de cel op een glasplaat of maken deze flexibel door er een polymeeroplossing op te gieten en te plaatsen.
Dit is een opwindende vooruitgang bij het integreren van technische nanomaterialen met een diversiteit aan zachte substraten voor het vervaardigen van flexibele en opvouwbare hoogrenderende zonnecellen, zegt Zhong Lin Wang , een professor materiaalwetenschap en techniek aan Georgia Tech. Maar de cel zal moeten concurreren met flexibele dunne-film zonnecellen gemaakt van silicium, cadmiumtelluride en andere materialen, zegt Arthur Nozik , een fysisch chemicus die nano-zonnecellen bestudeert in het National Renewable Energy Laboratory, in Golden, CO. In tegenstelling tot de flexibiliteit van de nieuwe cel, denk ik dat het verkoopargument lage kosten zou kunnen zijn.
Voorlopig onderzoeken de onderzoekers materialen die de celefficiëntie kunnen verbeteren. De bovenste koper-goudlaag is bijvoorbeeld maar 50 procent transparant. Als al het licht dat erop valt door zou gaan, zou de efficiëntie van de cel al kunnen verdubbelen, zegt Javey. De onderzoekers zijn van plan cellen te maken met transparant geleidende materialen zoals indiumoxide. Er is aanzienlijke ruimte voor verbetering, minstens twee keer, door simpelweg ons beste contactmateriaal te verbeteren of te vervangen, zegt hij.
De onderzoekers willen ook andere halfgeleidermaterialen uitproberen voor de pilaren en het omringende materiaal. Javey zegt dat het fabricageproces compatibel is met een breed scala aan halfgeleiders en dat andere combinaties de efficiëntie kunnen verhogen.
Het proberen van andere halfgeleidermaterialen kan ook belangrijk zijn gezien de toxiciteitsproblemen van cadmium, benadrukt Yang van Berkeley. Desalniettemin, zegt hij, is architectuur het belangrijkste - materialen waaraan we kunnen blijven werken. De schoonheid van dit papier is de demonstratie van hoe goed de architectuur werkt.