Forrás: scitechdaily
Lehet, hogy sok figyelmen kívül hagyott szerves és szervetlen anyag felhasználható a napfény víz alatti hasznosításához és az autonóm víz alatti járművek hatékony táplálásához - jelentetik a New York-i Egyetem kutatói. Kutatásuk, amelyet ma (2020. március 18.) közzétesznek a Joule folyóiratban, útmutatásokat dolgoznak ki az optimális sávrésértékekre a vizes mélységtartományban, bemutatva, hogy a hagyományos szilíciumban használt keskeny sávú félvezetők helyett különféle széles sávú rés félvezetők szerepelnek. napelemek, víz alatti használatra vannak a legjobban felszerelve.
„Eddig az általános tendencia a hagyományos szilíciumcellák használata volt, amelyről azt mutatjuk, hogy messze nem ideális, ha jelentős mélységbe megyünk, mivel a szilícium nagy mennyiségű vörös és infravörös fényt vesz fel, amelyet a víz is elnyel - főleg a nagy mélységben ”- mondja Jason A. Röhr, a New York-i Egyetem Tandon Műszaki Iskolájának André D. Taylor Transformatív Anyagok és Eszközök laboratóriumi posztdoktori kutatási munkatársa és a tanulmány szerzője. "Irányelveinkkel optimálisabb anyagokat lehet kidolgozni."
A víz alatti járműveket, például a mélytengeri óceán felfedezésére szolgáló járműveket jelenleg szárazföldi energia vagy a fedélzeten lévő nem hatékony akkumulátorok korlátozzák, megakadályozva a nagyobb távolságokon és időnként történő utazást. De bár a szárazföldön és a világűrben már elindult napelem-technológia nagyobb szabad mozgást engedhetne ezeknek a víz alatti vízvezetőknek, a vizes világ egyedi kihívásokkal jár. A víz szétszórja és elnyeli a látható fény spektrumának nagy részét, és még a sekély mélységben is felszívja a vörös napsugárzási hullámhosszokat, mielőtt a szilícium alapú napelemek képesek lennének elfogni őket.
A víz alatti napelemek kifejlesztésének korábbi kísérleteit szilikonból vagy amorf szilíciumból építették, amelyeknek mindkét oldalán keskeny sávú rések vannak, amelyek a legjobban alkalmasak a szárazföldi fény elnyelésére. Ugyanakkor a kék és a sárga fény még mélyen behatol a vízoszlopba, még ha más hullámhosszok is csökkennek, s ez azt sugallja, hogy a hagyományos napelemekben nem található szélesebb sávszélességű félvezetők jobban illeszkednek a víz alatti energiaellátáshoz.
A víz alatti napelemek potenciáljának jobb megértése érdekében Röhr és munkatársai az Atlanti-óceán és a Csendes-óceán legtisztább régióitól a zavaros finn tóig tartó víztesteket értékeltek, részletes mérlegelési modell segítségével mérve az egyes napelemek hatékonysági határértékeit. elhelyezkedés. A napelemekről kimutatták, hogy a napfénytől az 50 méteres mélységig gyűjtik az energiát a Föld legtisztább víztesteiben, a hideg vizek pedig tovább növelik a sejtek hatékonyságát.
A kutatók számításai azt mutatták, hogy a napelem-elnyelők a legjobban akkor működnek, ha az optimális sávrés körülbelül 1,8, legfeljebb 2,4, és az 50 méter. Ezek az értékek konzisztensek maradtak az összes vizsgált vízforrásban, ami arra utal, hogy a napelemeket a víz helyének helyett a konkrét működési mélységhez lehet igazítani.
Röhr megjegyzi, hogy az olcsón előállított, organikus anyagokból készült napelemek, amelyekről ismert, hogy jól működnek gyenge fényviszonyok között, valamint a periódusos rendszer harmadik és ötödik csoportjából készült ötvözetek ideálisak lehetnek a mély vizekben. És bár a félvezetők anyaga különbözik a szárazföldön használt napelemektől, az általános felépítés viszonylag hasonló marad.
"Míg a napfény betakarító anyagának meg kell változnia, az általános kialakításnak nem feltétlenül kell ennyit megváltoztatnia" - mondja Röhr. „A hagyományos szilícium napelemek, mint például a tetőn találhatóak, be vannak burkolva, hogy megakadályozzák a környezet károsodását. Tanulmányok kimutatták, hogy ezeket a paneleket vízbe lehet meríteni és hónapokig üzemeltetni anélkül, hogy a panelek jelentős károkat szenvednének. Hasonló bevonási módszereket lehetne alkalmazni az optimális anyagokból készült új napelemekre is. ” Most, hogy felfedezték, mi okozza a hatékony víz alatti napelemek kullancsát, a kutatók az optimális anyagok kidolgozását tervezik megkezdeni.
"Itt kezdődik a móka!" - mondja Röhr. „Már megvizsgáltuk a nem kapszulázott szerves napelemeket, amelyek vízben rendkívül stabilak, de még be kell mutatnunk, hogy ezek a cellák hatékonyabbak lehetnek, mint a hagyományos cellák. Tekintettel arra, mennyire képesek kollégáink világszerte, biztosak vagyunk benne, hogy ezeket az új és izgalmas napelemeket a közeljövőben is látni fogjuk a piacon. ”
