Come stiamo progettando un telo solare per generare energia dal sole

Come stiamo progettando un telo solare per generare energia dal sole

Un piccolo pezzo di un prototipo di telone solare. Università della California, San Diego, CC BY-ND

Il potenziale di generazione di energia dei pannelli solari e una limitazione fondamentale del loro utilizzo sono il risultato di ciò di cui sono fatti. I pannelli in silicio sono in calo di prezzo tale che in alcune località possono fornire elettricità costa all'incirca come il potere dei combustibili fossili come il carbone e il gas naturale. Ma i pannelli solari in silicio sono anche ingombranti, rigidi e fragili, quindi non possono essere utilizzati ovunque.

In molte parti del mondo che non hanno elettricità regolare, i pannelli solari potrebbero fornire leggere la luce dopo il tramonto ed energia a pompare acqua potabile, Aiuto Potenziare piccole attività familiari o di villaggio o anche servire rifugi di emergenza e accampamenti di rifugiati. Ma la fragilità meccanica, la pesantezza e le difficoltà di trasporto dei pannelli solari in silicio suggeriscono che il silicio potrebbe non essere l'ideale.

sulla il lavoro degli altri, il mio gruppo di ricerca sta lavorando a sviluppare pannelli solari flessibili, che sarebbe efficiente quanto un pannello di silicio, ma sarebbe sottile, leggero e pieghevole. Questo tipo di dispositivo, che chiamiamo un "telone solare, "Potrebbe essere distribuito alle dimensioni di una stanza e generare elettricità dal sole, e potrebbe essere appallottolato per avere le dimensioni di un pompelmo e farcito in uno zaino fino a 1,000 volte senza rompersi. Mentre c'è stato qualche sforzo per rendere le celle solari organiche più flessibili semplicemente rendendoli ultra-sottili, la durabilità reale richiede una struttura molecolare che rende i pannelli solari estensibili e resistenti.

Semiconduttori di silicio

Il silicio è derivato dalla sabbia, il che lo rende economico. E il modo in cui i suoi atomi impacchettano in un materiale solido lo rende un buon semiconduttore, il che significa che la sua conduttività può essere accesa e spenta utilizzando campi elettrici o luce. Perché è economico e utile, il silicio è la base per i microchip e circuiti stampati nei computer, telefoni cellulari e praticamente tutti gli altri dispositivi elettronici, che trasmettono segnali elettrici da un componente all'altro. Il silicio è anche la chiave per la maggior parte dei pannelli solari, perché può convertire l'energia dalla luce in cariche positive e negative. Queste cariche fluiscono ai lati opposti di una cella solare e possono essere utilizzate come una batteria.

Ma le sue proprietà chimiche significano anche che non può essere trasformato in elettronica flessibile. Il silicio non assorbe la luce in modo molto efficiente. I fotoni potrebbero passare attraverso un pannello di silicio troppo sottile, quindi devono essere abbastanza spessi - attorno ai micrometri 100, sullo spessore di una banconota da un dollaro - in modo che nessuna luce vada sprecata.


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Semiconduttori di prossima generazione

Ma i ricercatori hanno trovato altri semiconduttori che sono molto meglio ad assorbire la luce. Un gruppo di materiali, chiamato "perovskiti, "Può essere usato per costruire celle solari quasi efficiente quanto quelli in silicioma con strati che assorbono la luce sono un millesimo dello spessore necessario al silicio. Di conseguenza, i ricercatori stanno lavorando alla costruzione celle solari perovskite che possono alimentare piccoli velivoli senza pilota e altri dispositivi in ​​cui la riduzione del peso è un fattore chiave.

Il ruolo di Premio Nobel 2000 in Chimica è stato assegnato ai ricercatori che per primi hanno scoperto di poter realizzare un altro tipo di semiconduttore ultrasottile, chiamato polimero semiconduttore. Questo tipo di materiale è chiamato "semiconduttore organico" perché è basato sul carbonio e viene chiamato "polimero" perché è costituito da lunghe catene di molecole organiche. I semiconduttori organici sono già usati commercialmente, incluso nel industria da miliardi di dollari of display a diodi emettitori di luce organici, meglio conosciuto come TV OLED.

I semiconduttori polimerici non sono così efficienti nel convertire la luce solare in energia elettrica come perovskite o silicio, ma sono molto più flessibile e potenzialmente straordinariamente durevole. I normali polimeri, non quelli semiconduttori, si trovano ovunque nella vita quotidiana; sono le molecole che costituiscono tessuto, plastica e vernice. I semiconduttori polimerici offrono il potenziale per combinare le proprietà elettroniche di materiali come il silicio con le proprietà fisiche della plastica.

Il meglio di entrambi i mondi: efficienza e durata

A seconda della loro struttura, le materie plastiche hanno una vasta gamma di proprietà, inclusa la flessibilità, come con un telo; e rigidità, come i pannelli del corpo di alcune automobili. I polimeri semiconduttori hanno strutture molecolari rigide e molti sono composti da minuscoli cristalli. Questi sono fondamentali per le loro proprietà elettroniche ma tendono a renderli fragili, il che non è un attributo desiderabile per articoli flessibili o rigidi.

Il lavoro del mio gruppo si è concentrato sull'identificazione dei modi per creare materiali con buone proprietà semiconduttive e durata le materie plastiche sono note per essere flessibili o meno. Questa sarà la chiave per la mia idea di un telo solare o di una coperta, ma potrebbe anche portare a materiali per tetti, piastrelle per esterni o forse anche le superfici di strade o parcheggi.

The ConversationQuesto lavoro sarà la chiave per sfruttare il potere della luce solare - perché, dopo tutto, la luce del sole che colpisce la Terra in una sola ora contiene più energia di tutta l'umanità consuma in un anno.

Circa l'autore

Darren Lipomi, professore di nanoingegneria, University of California San Diego

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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