Ami az elemeket illeti, a szilícium csak az oxigén második helyén van, ha a Földön jelen van. Ehhez és félvezető tulajdonságaihoz már régóta az elektronika gerincét képezi. Az anyag minden, a számítógépes chipektől a rádiókig. Végül is a modern technológiai ipar központjának a neve, nevezetesen Kaliforniában, a Szilícium-völgyben.
A napos technológiai fővárosról beszélve a szilícium az elsődleges elem, amelyet a napelemekben használnak. A New Jersey-i Bell Telephone Company három tudósa az 1950-es években szabadalmazta az első szilikon napelemet - az első napelemet, amelyet praktikusnak lehetett tekinteni, azzal a képességgel, hogy a bejövő fény 6% -át felhasználható villamos energiává alakítsa. Az anyag azóta uralta a napenergia-piacot. Manapság a világszerte előállított panelek több mint 90% -a kristályos szilícium PV panelek.
A Szilícium annyira sok státuszt és piaci befolyást szerzett, és kevés a verseny a napenergia térben, hogy kevesen tudják, hogy vannak más lehetőségek a napenergiához.
A perovskitok vagy a kristályszerkezetek új típusú napelemek, amelyek közös elemei, például metil-ammónium-ólom-jodid. A perovskiteket könnyebben lehet előállítani, és nagyobb mértékben képesek a napfényt villamos energiává alakítani, mint a szilícium cellák. A kihívás az, hogy a perovskitek rendkívül törékenyek.
A Stanfordi Egyetem tudósai azonban tippet vetnek a természetből. A perovskitek tartósságának javítása érdekében megvizsgálták a légyszál rugalmas szerkezetét.
A légy összetett szeme több száz hatszögletű, szegmentált szemből áll, amelyek mindegyikét védelem érdekében szerves fehérjetartóval árnyékolták. A szemek méhsejt alakban vannak elrendezve, és ha egyikük nem működik, a többi még működik. Az egész szerv redundanciát és tartósságot mutat, amelyet a kutatók reménykednek a napelemekben újból létrehozni.
A kutatók törésvizsgálattal tettek a perovskitettel töltött állványokat. (Dauskardt Lab / Stanfordi Egyetem) Reinhold Dauskardt és anyagtudományi mérnöki csoportja méhsejt alakú állványokat készített, mindössze 500 mikron széles, a szokásos fotoreziszta vagy fényérzékeny anyagból. Ha további példát szeretne kölcsönvenni a természetből, ahogyan a méh létrehoz egy méhsejt, majd megtelik mézzel, a tudósok ezt a védőszerkezetet felépítik, majd a benne lévő perovskitet készítik. Centrifugálják az állványzat elemeinek oldatát, hozzáadják a hőt és figyelik, hogy a kristályosodik-e, hogy elérjék a perovszkite szerkezetét és fotovoltaikus tulajdonságait. A tudósok ezután ezüst elektródával bevonják a napelemet, hogy lezárják, és képessé tegyék az energiát.
Az előzetes laboratóriumi vizsgálat során a Dauskardt napelemei, amelyek szélessége hat hajszál volt, megőrizték szerkezetüket és működőképességüket. Ha hat hétig magas hőmérsékleten és páratartalomnak (185 Fahrenheit fok és 85% relatív páratartalom) volt kitéve, a sejtek folyamatos áramot termeltek állandó szinten. A perovskitek körüli állványok sem villamos teljesítményüktől sem akadályozták meg.
Ez egy játékot megváltoztató eredmény. Ezen innováció előtt a kutatóknak nagyon nehéz volt manipulálni és létrehozni a fotovoltaikus perovskita sejteket, nem is beszélve arról, hogy túléljenek a környezetben.
"Amikor beszédet tartottam a organikus fotovoltaika elején, azt mondanám:" Ha lélegzik ezen anyagokon, akkor azok megbuknak. " A perovskitek esetében azt mondom, hogy „ha rájuk néznek, akkor kudarcot vallnak”. ”- vicceli Dauskardt, az Energy and Environmental Science- ben közzétett új tanulmány vezető kutatója.
A perovskiták akár 100-szor is törékenyek lehetnek, mint az üveg. Az edzéshez használt állványnál azonban a cella mechanikai tartóssága 30-szor növekszik. Ez növeli a cellának a kémiai és a mechanikai stabilitást is, így a kutatók megérinthetik anélkül, hogy megtört volna, és magas hőmérsékleten szabad kitenni, kisebb eséllyel. romlását.
Alulról megvilágítva a hatszögletű állványok láthatóak a napelem azon részein, amelyeket ezüst elektród borít be. (Dauskardt Lab / Stanfordi Egyetem) A Tokiói Egyetem kutatói először 2009-ben fedezték fel a perovszkite fotoelektromos cellát a szilícium fotovoltaikus elem alternatívájaként, és világszerte a kutatók beugrottak a terepbe. A Perovskite napelemeknek természetesen vannak előnyeik. A szilícium celláktól eltérően, amelyek tisztításához és kristályosodásához magas hőmérsékleten történő feldolgozást igényelnek, a perovszkite napelemek gyártása viszonylag egyszerű.
„Ez egy áttörés a perovskite kutatás egy részében, mivel olyan problémákat old meg, amelyekkel a korai szakaszban a koncepciók szembesülnek a kereskedelem felé vezető úton” - mondja Dick Co, az Argonne-Northwestern Napenergia Kutatási Központ (ANSER) üzemeltetési igazgatója. Ennek ellenére elismeri, hogy a fejlemény nem egyetemesen alkalmazható minden perovskiites napelem-kutatásra. Olyan sokféle módon lehet perovskites napelemeket előállítani, és minden laboratóriumnak megvan a saját fókusza.
Mivel a kristályszerkezetek különféle elemekből készülhetnek, sok esztétikai lehetőség is létezik. A napelemeket ablakokba, autófedélbe vagy más, fénynek kitett felületbe lehet felszerelni. Néhány vállalat még a cellákat is kinyomtatja.
Co-gyanú, hogy a perovskite napelemek kezdetben hatással lesznek a réspiacokra.
"Láttam, hogy ezeket iPad billentyűzet-töltőkkel, épületekbe integrálva és esetleg autókban értékesítik, például egy autó ívelt motorháztetőjénél" - mondja. "De nehéz elképzelni, hogy egy perovskiites [prototípus] napelemet nagy méretű és széles körben elhelyezett bélyegképp készítsenek, különösen akkor, ha a szilícium napenergia-gyárak elegendő modult pumpálnak a kis országok lefedéséhez."
Ennek ellenére a hatékonyság és a tartósság javulásával a kutatók úton vannak annak érdekében, hogy egy cellát készítsenek áramtermelésre számos környezetben. A kutatók ideiglenes szabadalmat kértek.
Az új napelemben egy hatszögletű (szürke) állványt használunk a perovszkite (fekete) mikrocellákba történő felosztásához, hogy mechanikai és kémiai stabilitást biztosítsunk. (Dauskardt Lab / Stanfordi Egyetem) Dauskardt-teszt során a cellák 15% -os hatékonysági mutatót értek el, ami jóval magasabb, mint a 2009-es első teszt, amely a fény 4% -át villamos energiává alakította. A szilíciumpanel hatékonysági aránya 25% körüli marad, és a laboratóriumban a perovskites 20% -ot felfelé ért. A kutatók a fotovoltaikus perovskitek elméleti hatékonyságát körülbelül 30% -ra becsülik.
Dauskardt úgy véli, hogy csapata javíthatja az eredetileg olcsó, könnyen hozzáférhető anyagokból épített állványt, hogy növelje a cella hatékonyságát.
„Olyan meglepődve voltunk, hogy olyan könnyen elkészíthetjük az egyiket, amennyit csak tudtunk. Most a kérdés az, vannak-e jobb állványok, amelyeket használhatunk? Hogyan lehet visszafogni azt a fényt, amely az állvány falára esne? ”- mondja Dauskardt. Kollégáival azt tervezi, hogy kísérletezik a fényrészecskéket szétszóró anyagokkal.
Az olcsó gyártás, a viszonylag gyors kereskedelem (a Dauskardt becslései a következő három-öt évben becslések szerint) és elképesztően sokrétű alkalmazások révén a perovskite napelem éppen a 2020-as évek következő és nagyszerű napelemeire képes.
Tehát amikor ez a légy zümmög a fülében, biztos lehet abban, hogy a természet minden formájában inspirál.
