Güneş Enerjisi: Nasıl bir "Güneş Enerjisi" Tasarımı Güneşin Gücünü Kullanabilir

Güneş panellerinin enerji üretme potansiyeli - ve kullanımlarına ilişkin önemli bir sınırlama - yaptıklarından kaynaklanmaktadır. Silisyumdan yapılan paneller, bazı yerlerde kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlardan elde edilen güçle aynı miktarda elektrik sağlayan elektrik sağlayabilecekleri için fiyatı düşüyor. Ancak silikon güneş panelleri de hacimli, sert ve kırılgan olduğundan, hiçbir yerde kullanılamazlar.

Düzenli elektriğe sahip olmayan dünyanın pek çok yerinde, güneş panelleri karanlık ve enerjiden sonra içme suyunu pompalamak, küçük ev veya köy işletmelerine enerji sağlamak ve hatta acil durum barınaklarına ve mülteci kamplarına hizmet etmek için okuma ışık sağlayabilir. Ancak, silikon güneş panellerinin mekanik kırılganlığı, ağırlığı ve taşıma zorlukları, silikonun ideal olamayacağını göstermektedir.

Başkalarının çalışmalarına dayanarak, araştırma grubum silikon panel kadar verimli olacak ancak ince, hafif ve bükülebilir olacak esnek güneş panelleri geliştirmek için çalışıyor. “Güneş Enerjisi” olarak adlandırdığımız bu tür bir cihaz bir odanın büyüklüğüne yayılabilir ve güneşten elektrik üretebilir ve greyfurt büyüklüğünde olabilir ve bir sırt çantasına doldurulabilir. kırmadan 1000 kez. Organik güneş pillerini ultra ince hale getirerek daha esnek hale getirmek için çaba sarf edilse de, gerçek dayanıklılık güneş panellerini gerilebilir ve sert hale getiren moleküler bir yapı gerektirir.

Silisyum Yarı İletkenleri

Silisyum kumdan elde edilir, bu da onu ucuz kılar. Ve atomlarının katı bir malzemede toplanma şekli onu iyi bir yarı iletken yapar, yani iletkenliği elektrik alanlar veya ışık kullanılarak açılıp kapatılabilir. Ucuz ve kullanışlı olduğu için silikon, bilgisayarlarda, cep telefonlarında ve temelde tüm diğer elektronik sistemlerdeki mikroçipler ve devre kartlarının temelini oluşturur ve elektrik sinyallerini bir bileşenden diğerine iletir. Silisyum aynı zamanda çoğu güneş panelinin de anahtarıdır, çünkü enerjiyi ışıktan pozitif ve negatif yüklere dönüştürebilir. Bu şarjlar, bir güneş pilinin diğer tarafına akar ve bir pil gibi kullanılabilir.

Ancak kimyasal özellikleri de esnek elektroniklere dönüşemediği anlamına gelir. Silikon ışığı çok verimli bir şekilde emmez. Fotonlar, çok ince bir silikon panelden geçebilir, bu yüzden oldukça kalın olması gerekir - yaklaşık 100 mikrometre, bir dolarlık banknotun kalınlığı hakkında - ışığın hiçbiri boşa harcanmaz.

Yeni Nesil Yarı İletkenler

Ancak araştırmacılar, ışığı emmede çok daha iyi olan diğer yarı iletkenleri bulmuşlardır. “Perovskiler” olarak adlandırılan bir grup malzeme, neredeyse silikon olanlar kadar verimli olan güneş pillerinin üretilmesi için kullanılabilir, ancak silikonun ihtiyaç duyduğu kalınlığın binde biri kadar olan ışık emici katmanlarla kullanılabilir. Sonuç olarak, araştırmacılar küçük insansız uçaklara güç verebilecek perovskite güneş pilleri ve ağırlığının azaltılmasının kilit bir etken olduğu diğer cihazları inşa etmeye çalışıyor.

Kimyada 2000 Nobel Ödülü, ilk önce yarı iletken polimer olarak adlandırılan başka bir ultra-ince yarı iletken türü oluşturabileceklerini tespit eden araştırmacılara verildi. Bu malzemeye “organik yarı iletken” denir, çünkü karbon temellidir ve “polimer” olarak adlandırılır çünkü uzun organik molekül zincirlerinden oluşur. Organik yarı iletkenler, daha önce OLED TV'ler olarak bilinen milyar dolarlık organik ışık yayan diyot ekran endüstrisi dahil olmak üzere ticari olarak kullanılmaktadır.

Polimer yarı iletkenler güneş ışığını elektroteknik veya silikon gibi elektriğe dönüştürmede verimli değildirler, ancak çok daha esnek ve potansiyel olarak dayanıklıdırlar. Düzenli polimerler - yarı iletken olanlar değil - günlük yaşamın her yerinde bulunur. Kumaş, plastik ve boyayı oluşturan moleküllerdir. Polimer yarı iletkenler, silikon gibi malzemelerin elektronik özelliklerini plastiğin fiziksel özellikleriyle birleştirme potansiyeline sahiptir.

Her İki Dünyanın En İyisi: Verimlilik ve Dayanıklılık

Yapılarına bağlı olarak, plastikler çok çeşitli özelliklere sahiptir - muşambadaki gibi her iki esnekliği de içerir; ve bazı otomobillerin gövde panelleri gibi sertlik. Yarı iletken polimerler, katı moleküler yapılara sahiptir ve birçoğu küçük kristallerden oluşur. Bunlar, elektronik özelliklerinin anahtarıdır ancak onları kırılgan yapma eğilimindedir; bu, esnek veya sert ürünler için istenen bir özellik değildir.

Grubumun çalışması hem iyi yarı iletken özelliklere sahip malzemeler yaratmanın yollarını belirlemeye ve hem de esnek olsun ya da olmasın dayanıklı plastiklerin bilinmesine odaklandı. Bu, güneş katranı ya da battaniyeye dair fikrimin anahtarı olacak ama aynı zamanda çatı malzemelerine, dış zemin yer döşemelerine ve hatta yolların veya park alanlarının yüzeylerine bile yol açabilir.

Bu çalışma, güneş ışığının gücünden faydalanmanın anahtarı olacaktır - çünkü sonuçta, Dünya'yı bir saatte vuran güneş ışığı, bir yılda tüm insanlığın kullandığından daha fazla enerji içerir.

Bu makale, ilk olarak Darren Lipomi tarafından The Conversation'da yayınlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.