O mică bucată dintr-un prototip de prelată solară. Universitatea din California, San Diego, CC BY-ND

Potențialul generator de energie al panourilor solare - și o limitare esențială a utilizării lor - este rezultatul a ceea ce sunt făcute. Panourile din siliciu scad în preț, astfel încât în ​​unele locații pot furniza energie electrică costă cam la fel ca energia din combustibilii fosili precum cărbunele și gazele naturale. Dar panourile solare din siliciu sunt, de asemenea, voluminoase, rigide și fragile, deci nu pot fi folosite oriunde.

În multe părți ale lumii care nu au electricitate obișnuită, panourile solare ar putea furniza citind lumina după întuneric și energie pentru pompați apa potabilă, Ajutor alimentează întreprinderile mici din gospodărie sau din sat sau chiar servi adăposturi de urgență și tabere de refugiați. Dar fragilitatea mecanică, greutatea și dificultățile de transport ale panourilor solare din siliciu sugerează că siliciul poate să nu fie ideal.

Construiește-te munca altora, grupul meu de cercetare lucrează la dezvoltați panouri solare flexibile, care ar fi la fel de eficient ca un panou din siliciu, dar ar fi subțire, ușor și pliabil. Acest tip de dispozitiv, pe care îl numim „prelată solară, ”Ar putea fi împrăștiat la dimensiunea unei camere și ar putea genera electricitate de la soare și ar putea fi mărit până la dimensiunea unui grapefruit și umplut într-un rucsac de până la 1,000 de ori fără a se rupe. Deși s-au făcut unele eforturi pentru a face celulele solare organice mai flexibile, pur și simplu prin făcându-i ultra-subțiri, durabilitatea reală necesită o structură moleculară care face ca panourile solare să fie întinse și rezistente.

Semiconductori din siliciu

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

Dar proprietățile sale chimice înseamnă, de asemenea, că nu poate fi transformat în electronică flexibilă. Siliciul nu absoarbe lumina foarte eficient. Fotonii ar putea trece chiar printr-un panou de siliciu prea subțire, deci trebuie să fie destul de gros - în jur de 100 micrometri, despre grosimea unei bancnote de dolari - astfel încât nici o lumină să nu se piardă.

Semiconductori de generație următoare

Dar cercetătorii au găsit alți semiconductori care absorb mult mai bine lumina. Un grup de materiale, numit „perovskite, ”Poate fi folosit pentru a produce celule solare care sunt aproape la fel de eficiente ca cele din siliciu, dar cu straturi absorbante de lumină care au o miime din grosimea necesară cu siliciu. Drept urmare, cercetătorii lucrează la construcții celule solare perovskite care pot alimenta aeronave mici fără pilot și alte dispozitive în care reducerea greutății este un factor cheie.

2000 Premiul Nobel pentru chimie a fost acordat cercetătorilor care au descoperit mai întâi că pot produce 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 este format din lanțuri lungi de molecule organice. Semiconductorii organici sunt deja utilizați comercial, inclusiv în miliarde de dolari industrie of afișează diode emițătoare de lumină organice, mai cunoscut sub numele de televizoare OLED.

Semiconductorii polimerici nu sunt la fel de eficienți la transformarea soarelui în electricitate ca perovskitele sau siliciu, dar sunt mult mai mult flexibil și potențial extraordinar de durabil. Polimerii obișnuiți - nu cei semiconductori - se găsesc peste tot în viața de zi cu zi; sunt moleculele care alcătuiesc țesătura, plasticul și vopseaua. Semiconductorii polimerici dețin potențialul de a combina proprietățile electronice ale materialelor precum siliciu 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 atât flexibilitate, cât și cu o prelată; și rigiditate, precum panourile caroseriei unor automobile. Polimerii semiconductori au structuri moleculare rigide și mulți sunt compuși din cristale minuscule. Acestea sunt esențiale pentru proprietățile lor electronice, dar tind să le facă fragile, ceea ce nu este un atribut de dorit nici pentru articolele flexibile, nici rigide.

Munca grupului meu sa concentrat pe identificarea modalităților de a crea materiale cu atât proprietăți semiconductoare bune, cât și durabilitate plasticele sunt cunoscute pentru - indiferent dacă sunt flexibile sau nu. Aceasta va fi cheia ideii mele de prelată sau pătură solară, dar ar putea duce, de asemenea, la materiale pentru acoperișuri, dale de exterior sau poate chiar la suprafețele drumurilor sau parcărilor.

Această lucrare va fi cheia pentru valorificarea puterii luminii solare - deoarece, la urma urmei, lumina soarelui care lovește Pământul într-o singură oră conține mai multă energie decât consumă întreaga omenire într-un an.

Despre autor

Darren Lipomi, profesor de nanoinginerie, Universitatea din California, San Diego

Acest articol a fost publicat inițial Conversaţie. Citeste Articol original.

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon