211service.com
Omotání solárních článků kolem optického vlákna
Solární články citlivé na barvivo jsou flexibilní a levné na výrobu, ale mají tendenci být neefektivní při přeměně světla na elektřinu. Jedním ze způsobů, jak zvýšit výkon jakéhokoli solárního článku, je zvětšit povrchovou plochu dostupnou pro příchozí světlo. Takže skupina výzkumníků z Georgia Tech vyrobila solární články citlivé na barvivo s mnohem vyšší účinnou povrchovou plochou tím, že je obalila kolem optických vláken. Tyto vláknové solární články jsou šestkrát účinnější než solární články z oxidu zinečnatého se stejným povrchem, a pokud je lze postavit s použitím levných polymerních vláken, jejich výroba by neměla být výrazně dražší.
Solární na vlákně : Optické vlákno (vlevo) je pokryto zinko-oxidovými nanodrátky potaženými barvivem (detailní, vpravo). Oba snímky byly pořízeny pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu.
Výhodou systému solárních článků s optickými vlákny oproti planárnímu je to, že světlo se odráží uvnitř optického vlákna, když se pohybuje po jeho délce, což poskytuje více příležitostí k interakci se solárním článkem na jeho vnitřním povrchu a produkuje více proudu. U dané nemovitosti je celková plocha buňky vyšší a větší plocha znamená lepší sběr světla a více energie, říká Max Štein , odborný asistent materiálové vědy a inženýrství na University of Michigan, který se na výzkumu nepodílel.
Solární články z optických vláken by mohly být také použity způsoby, které v současnosti nejsou možné. Zhong Lin Wang , profesor materiálové vědy a inženýrství na Georgia Tech, říká, že vláknové solární články by zabíraly méně střešní plochy než planární články, protože dlouhé délky vláken by mohly být zasazeny do zdí domu jako elektrické vedení.
Solární články citlivé na barvivo využívají molekuly barviva k absorpci světla a generování elektronů. Skupina Georgia Tech nejprve odstraní povlak z optických vláken a poté na jejich povrchu naroste zinko-oxidové nanodrátky jako štětiny na čističi trubek. Dále jsou vlákna ošetřena molekulami barviva, které zinko-oxidové struktury absorbují. Výhodou potahování nanodrátek, spíše než hladkého povrchu, s barvivem je to, že dráty mají společně velmi velkou plochu povrchu. Čím více molekul barviva je v dané oblasti takové buňky, tím více světla může absorbovat, říká Wang. Vlákna potažená barvivem jsou pak obklopena elektrolytem a kovovým filmem, který odnáší elektrony ze zařízení. Práce je popsána online v časopise Mezinárodní vydání Angewandte Chemie .
Otázkou je, zda dokážete absorbovat veškeré světlo pomocí malého množství materiálů? říká Yi Cui , odborný asistent materiálové vědy na Stanfordské univerzitě. Vybudování nanostrukturní buňky na optickém vláknu poskytuje způsob, jak toho dosáhnout zvýšením povrchové plochy pokryté barvivem a efektivní délky dráhy světla, říká. Čím déle foton prochází solárním článkem, tím více příležitostí má k interakci a generování elektronu.
Jedním z potenciálních kamenů úrazu vláknitých buněk je dostat do nich dostatek světla. Wangova zařízení shromažďují světlo pouze na svých špičkách, takže aby se do takového solárního článku dostalo dostatek světla, aniž by bylo nutné sledovat slunce, mohou být menší vlákna spojena dohromady. Cui říká, že špičky vláken by mohly být vyrobeny z materiálů, které jsou velmi účinné při směrování světla do vlákna. Dalším způsobem, jak překonat tento problém, je vytvořit vláknité buňky, které mohou absorbovat světlo po celé své délce, nejen na špičkách – na čemž pracuje Michigan's Shtein. To je složité, protože to znamená, že povlaky článků musí být jak elektricky vodivé, tak průhledné, což je neobvyklá kombinace.
Shtein však říká, že vlákna, která absorbují světlo ze stran, nabízejí zajímavou architekturu pro zachycení světla, protože vlákna můžete rozmístit v prostoru způsobem, který vám pomůže zachytit více fotonů efektivněji, než můžete v planárním zařízení. Čím mělčí úhel, pod kterým světlo dopadá na planární buňku, tím více světla se odráží od jejího povrchu. Ale světlo odrážející se od zakřiveného povrchu vlákna pod malým úhlem dopadne na sousední vlákno. Tyto články by mohly být navrženy tak, aby je nebylo nutné instalovat se systémy sledování slunce, a fungovaly by i v zamračených dnech, kdy je světlo rozptýlené, říká Shtein.
Wang říká, že dalším krokem je vyzkoušet různé materiály. Doposud stavěl články na křemenných optických vláknech, která jsou poměrně drahá. Dále plánuje zkusit vyrobit buňky pomocí levnějších polymerních vláken.