Celle solari multistrato ultrasottili basate su materiali nanostrutturati

Gli scienziati di tutto il mondo stanno prestando grande attenzione al miglioramento dei sistemi di conversione dell'energia solare. Nel tentativo di aumentare la loro efficienza e ridurre, per quanto possibile, i costi della produzione diretta di pannelli solari, gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology hanno deciso di intraprendere la strada della riduzione dello spessore delle celle solari.

Il nuovo tipo di pannelli può superare tali soluzioni e, in termini di produzione di elettricità per chilogrammo di materiale utilizzato, sarà inferiore solo all'uranio. Tali pannelli possono essere fatti di fogli piegati in molti strati. grafene o disolfuro di molibdeno, il cui spessore è solo una molecola (pile di fogli monomolecolari). Gli scienziati sostengono che questo approccio alla fine diventerà il miglior approccio possibile allo sviluppo dell'energia solare.

Jeffrey Grossman, un assistente professore di energia presso il Massachusetts Institute of Technology, afferma che nonostante molta attenzione da parte degli scienziati che ricercano materiali bidimensionali simili al grafene, il potenziale di questi materiali per l'uso nei sistemi di conversione solare è stato completamente trascurato negli ultimi anni. Si è scoperto che questi materiali non sono solo buoni, ma sono molto bravi a far fronte al compito assegnato loro.

A lungo termine, due strati di uno spessore di atomo, presentati al team Grossman, forniranno un'efficienza dell'1-2%, convertendo l'energia della luce solare in elettricità. Sembra piccolo rispetto al 15-20% di efficienza elementi tradizionali in silicone, tuttavia, è importante ricordare che il risultato si ottiene utilizzando materiali migliaia di volte più sottili della carta velina.

Una batteria a due strati con uno spessore di 1 nanometro è centinaia di migliaia di volte più sottile di una normale al silicio, quindi, posando questi fogli più sottili in molti strati, è possibile aumentare significativamente e superare la normale efficienza delle celle solari. Ciò creerà una significativa concorrenza per una tecnologia consolidata, secondo i coautori di Grossman.

Laddove il peso è critico, come nei veicoli spaziali, nell'aviazione e nelle aree in via di sviluppo in cui i costi di trasporto sono significativi, tali elementi leggeri hanno già un grande potenziale.

Rispetto al peso, i nuovi pannelli solari produrranno fino a 1000 volte più energia rispetto alle batterie convenzionali. Allo stesso tempo, la più sottile della tecnologia convenzionale prodotta fino ad oggi le celle solari supera ancora le nuove di 50 volte in peso.

Questa non è solo la facilità di trasporto, ma anche la facilità di installazione dei pannelli, poiché metà del costo dei pannelli solari di oggi è il costo della struttura di supporto e del sistema di connessione e controllo. Questi costi possono essere notevolmente ridotti utilizzando design più leggeri.

Inoltre, il materiale stesso è molto più economico del silicio della purezza richiesta, che viene utilizzato nelle celle solari standard, perché i fogli sono così sottili che richiedono una quantità molto piccola di materiali di partenza.

Questo è un esempio impressionante di come i materiali nanostrutturati possano essere la base per progettare i più recenti dispositivi energetici. Si prevede inoltre che la resistenza meccanica e la flessibilità di questi strati sottili siano elevate. Gli sviluppatori affermano che questo è solo l'inizio di una nuova generazione di materiali per l'energia solare.

Da un lato, il disolfuro di molibdeno e il dislenide di molibdeno utilizzati in questo progetto sono solo due dei molti materiali bidimensionali che potrebbero essere potenzialmente utilizzati qui, per non parlare delle loro varie combinazioni da usare insieme.

I ricercatori ritengono che debbano essere studiati molti materiali e che siano già state create le condizioni per la riflessione. Gli scienziati possono ora esaminare questi materiali in un modo completamente nuovo.

E, sebbene attualmente non ci siano metodi industriali per produrre disolfuro di molibdeno e dislenide di molibdeno, questa è un'area di ricerca attiva. La producibilità è un problema essenziale, ma questo problema è risolvibile.

Un ulteriore vantaggio di tali materiali è la loro stabilità a lungo termine anche all'aria aperta, mentre altri materiali solari richiedono un rivestimento protettivo con pesanti strati di vetro, che è anche costoso. In effetti, esiste una resistenza all'esposizione sia alla luce ultravioletta che all'umidità, e questo rende la nuova soluzione molto affidabile.

Il lavoro preliminare includeva solo la modellizzazione al computer dei materiali, ma ora un gruppo di scienziati sta tentando di fabbricare i dispositivi stessi. Naturalmente, questa è solo la punta dell'iceberg, dal punto di vista dell'utilizzo di materiali bidimensionali per produrre "energia pulita", affermano gli scienziati.

Comments

[#1 Andy]

In un giorno dal Sole, 30 mila volte più energia cade sulla Terra di quanto il nostro intero pianeta abbia bisogno. Pertanto, con alcuni progressi tecnologici, quando gli scienziati possono migliorare significativamente l'efficienza delle celle solari e dei pannelli solari, l'energia solare diventerà la principale forma di energia! E sarà molto presto! Le celle solari basate sulla nanotecnologia sono una delle aree principali nello sviluppo dell'energia solare!