Mis puutub elementidesse, siis räni on Maal külluse osas ainult hapniku järel teine. Selle ja selle pooljuhi omaduste jaoks on see pikka aega olnud elektroonika alustala. Materjal on kõiges alates arvutikiipidest kuni raadiodeni. See on ju moodsa tehnoloogia tööstuse keskpunkti nimekaim Californias Silicon Valleys.
Päikeselisest tehnikakapitalist rääkides on räni päikesepaneelides kasutatav peamine element. New Jersey Bell Telephone Company kolm teadlast patenteerisid 1950ndatel kõige esimese räni päikesepatarei - esimese päikeseelemendi, mida peeti praktiliseks, selle võimega muuta 6 protsenti sissetulevast valgusest kasutatavaks elektriks. Materjal on päikeseturul sellest ajast domineerinud. Tänapäeval on üle 90 protsendi kogu maailmas toodetud paneelidest kristallilised räni PV-paneelid.
Räni on päikeseruumis vähese konkurentsiga saavutanud nii palju staatust ja turumõju, et vähesed teavad, et päikeseenergia jaoks on ka muid võimalusi.
Perovskiidid ehk kristalsed struktuurid on uut tüüpi päikesepatareid, mis on valmistatud tavalistest elementidest nagu metüülammoonium-pliidjodiid. Perovskiteid on lihtsam valmistada ja neil on võimalus päikesevalgust muundada elektrienergiaks kiiremini kui ränirakke. Väljakutse on see, et perovskidid on äärmiselt habras.
Stanfordi ülikooli teadlased võtavad aga loodusest vihje. Perovskitide vastupidavamaks muutmiseks on nad vaadanud kärbseseene elastset struktuuri.
Kärbeste liitsilm koosneb sadadest kuusnurksetest segmenteeritud silmadest, millest igaüks on kaitseks kaitstud orgaanilise valgu "karkassiga". Silmad on kärgstruktuuri kujul ja kui üks ebaõnnestub, funktsioneerivad teised. Kogu elundil on koondamine ja vastupidavus, mida teadlased loodavad päikesepaneelide abil uuesti luua.
Teadlased panid perovskitega täidetud tellingud läbi luumurdude testimise teel. (Dauskardt Lab / Stanfordi ülikool) Reinhold Dauskardt ja tema materjaliteaduse insenerigrupp on loonud tavalisest fotoresistist või valgustundlikust materjalist kärgstruktuuri kujulised tellingud, kõigest 500 mikronit laiad. Loodusest veel ühe näite laenamiseks loovad teadlased selle kaitsekonstruktsiooni ja valmistavad siis selle sees oleva perusskiidi just siis, kui mesilane loob kärje ja täidab selle meega. Nad keerutavad tellingutes elementide lahust, lisavad soojust ja jälgivad, kuidas see kristalliseerub, et saavutada perovskiidi struktuur ja selle fotogalvaanilised omadused. Seejärel katvad teadlased päikesepatarei hõbeelektroodiga, et seda tihendada ja selle võimet energiat hõivata.
Esialgses laborikatses säilitasid Dauskardti päikesepatareid, mis on umbes sama laiad kui kuus juuksekihti, oma struktuuri ja funktsionaalsuse. Kuue nädala jooksul kõrge temperatuuri ja õhuniiskusega (185 kraadi Fahrenheiti ja 85 protsenti suhtelist õhuniiskust) kokku puutudes jätkasid rakud elektrienergia tootmist ühtlasel tasemel. Perovskite ümbruses olevad tellingud ei heidutanud ka nende elektrienergiat.
See on mängu muutuv saavutus. Enne seda uuendust oli teadlastel väga keeruline manipuleerida ja luua fotogalvaanilisi perovskiidi rakke, rääkimata sellest, et nad saaksid keskkonnas ellu jääda.
"Kui ma pidasin kõnelusi orgaanilise fotogalvaanika alguses, siis ma ütleksin:" Kui te nende materjalide peal hingate, siis need ebaõnnestuvad. " Perovskitide puhul ütlen: "Kui te vaatate neid, siis nad ebaõnnestuvad", "naljatab Dauskardt, ajakirja Energy and Environmental Science avaldatud uue uuringu peauurija.
Perovskites võib olla kuni 100 korda rabedam kui klaas. Kuid selle tugevdamiseks kasutatava tellingu korral suureneb raku mehaaniline vastupidavus kordades 30. See lisab rakule nii keemilist kui ka mehaanilist stabiilsust, nii et teadlased saavad seda puudutada, ilma et see puruneks, ja seada see kõrgele temperatuurile madalama tõenäosusega. halvenemine.
Altpoolt valgustades on kuusnurksed tellingud nähtavad hõbeelektroodiga kaetud päikesepatarei piirkondades. (Dauskardt Lab / Stanfordi ülikool) Tokyo ülikooli teadlased uurisid perovskite fotogalvaanilist elementi kui räni fotogalvaanilise elemendi alternatiivi esmakordselt 2009. aastal ja teadlased kogu maailmas hüppasid väljale. Perovskite päikesepatareidel on kindlasti oma eelised. Erinevalt ränirakkudest, mille puhastamiseks ja kristallimiseks on vaja kõrgel temperatuuril töötlemist, on perovskite päikeseelementide valmistamine suhteliselt lihtne.
"See on läbimurre ühes perovskite-uuringute sektis, kuna see lahendab probleeme, millega varajases staadiumis kontseptsioonid turustamise teel silmitsi seisavad, " ütleb Argonne-Loode päikeseenergia uurimiskeskuse (ANSER) operatsioonide ja teavitustööde juht Dick Co. Sellegipoolest tunnistab ta, et areng ei ole universaalselt rakendatav kõigi perovskite päikesepatareide uurimisel. Päikesepatareisid perovskites on nii palju, ja igal laboril on oma fookus.
Kuna kristalseid struktuure saab valmistada erinevatest elementidest, on ka palju esteetilisi võimalusi. Päikesepatareid saab paigaldada akendesse, autode pealispindadesse või muudesse valguse käes olevatesse pindadesse. Mõned ettevõtted prindivad isegi lahtrid.
Kahtlustatakse, et perovskite päikesepatareid mõjutavad esialgu nišiturge.
"Ma nägin, kuidas neid müüakse iPadi klaviatuuri laadijatega, integreeritud hoonetesse ja võib-olla ka autodesse, näiteks auto kaarjas kapotil, " ütleb ta. "Kuid on raske ette kujutada, et perovskite [prototüübi] päikeseelemendi suurus oleks pisipilt ja see oleks laialdaselt kasutusele võetud, eriti kui räni päikeseenergia tehased pumbavad väikeste riikide katmiseks piisavalt mooduleid."
Sellegipoolest on tõhususe ja vastupidavuse paranemisega teadlased asumas valmistama kambrit elektrienergia tootmiseks paljudes keskkondades. Teadlased on taotlenud ajutist patenti.
Uues päikesepatareis kasutatakse perovskiidi (must) mikrolülideks jaotamiseks kuusnurkseid telliseid (hall), et tagada mehaaniline ja keemiline stabiilsus. (Dauskardt Lab / Stanfordi ülikool) Dauskardti katses saavutasid rakud 15-protsendilise efektiivsuse määra, mis on palju kõrgem kui esimene katse 2009. aastal, mis muundas 4 protsenti valgust elektrienergiaks. Ränipaneeli efektiivsuse määr on umbes 25 protsenti ja laboris on perovskites saavutatud 20 protsendi tõus. Teadlaste hinnangul on fotogalvaaniliste perovsiitide teoreetiline efektiivsus umbes 30 protsenti.
Dauskardt arvab, et tema meeskond võib raku efektiivsuse suurendamiseks parandada algselt odavate, kergesti kättesaadavate materjalidega ehitatud tellinguid.
„Me olime nii üllatunud, et suutsime selle teha nii lihtsalt kui võimalik. Nüüd on küsimus selles, kas on paremaid tellinguid, mida saaksime kasutada? Kuidas saaksime tagasi valguse, mis langeb tellinguseinale? ”Ütleb Dauskardt. Tema ja ta kolleegid plaanivad katsetada valguse osakesi hajutavate materjalidega.
Tänu odava tootmise võimalusele, suhteliselt kiirele turuleviimisele (Dauskardti hinnangul järgmise kolme kuni viie aasta jooksul) ja hämmastavalt mitmekesistele rakendustele võib perovskite päikesepatarei teha just järgmise suurepärase päikesepaneeli nii 2020. aastatest kui ka hiljem.
Nii et kui see kärbes kõrvus sumiseb, võite olla kindel, et loodus kõigis selle vormides inspireerib.
