211service.com
Manipulerer lys til dobbelt solenergiudgang
De fleste solpaneler omdanner mindre end 20 procent af energien i det sollys, der falder på dem, til elektricitet. Et nyt 2,4 millioner dollars projekt finansieret af U.S. Advanced Research Projects Agency for Energy har til formål i høj grad at øge mængden af sollys, der bliver til elektricitet. Dens mål er en konverteringseffektivitet på mere end 50 procent, hvilket ville mere end fordoble mængden af strøm, der genereres af et solpanel af en given størrelse. Dette vil halvere antallet af nødvendige solpaneler og potentielt gøre solenergi mere konkurrencedygtig med fossile brændstoffer.
I den nye forskningsindsats planlægger Harry Atwater, professor i anvendt fysik og materialevidenskab ved Caltech, at bruge præcist strukturerede materialer til at sortere sollys i otte til 10 forskellige farver og dirigere dem til solceller med halvledere, der passer perfekt til hver farve. . Som et resultat vil mere af solspektret blive absorberet, og energien indeholdt i hver skive af spektret vil for det meste blive omdannet til elektricitet i stedet for varme.
Den generelle idé om at sortere sollys efter farve er ikke ny. En tilgang involverer dyrkning af flere halvledermaterialer i en stak - lys bevæger sig gennem stakken, indtil det absorberes af en halvleder, der kan konvertere det effektivt. Denne tilgang har givet kommercielle solceller med effektivitet på over 43 procent. Men processen til fremstilling af sådanne solceller er dyr, og enhedens effekt er begrænset af det dårligst ydende lag.
Andre har prøvet at sortere lys i forskellige farver ved hjælp af konventionelle linser, spejle og filtre, men prototyperne har været omfangsrige og har ikke nået særlig høj effektivitet, til dels på grund af optikkens unøjagtighed – det har vist sig svært at dirigere helt rigtigt. bølgelængder af lys til hver solcelle. Det har også været svært at dele lyset op i mere end et par forskellige farver på én enhed.
I de sidste mange år er forskere dog blevet bedre til at manipulere lys i meget lille skala, sortere det efter farve, fange det og lede det fra et sted til et andet ved hjælp af tynde lag materiale, der inkorporerer bittesmå funktioner, der ofte er mindre end lysets bølgelængde. Atwater planlægger at trække på disse fremskridt for at manipulere lyset præcist og i en kompakt flad pakke, der måske ikke ser så meget anderledes ud end et konventionelt solpanel. Et lag ville splitte lyset op, sortere det efter farve og derefter levere det til et andet lag, der indeholder en række solceller, der matcher hver farve.
Udfordringen med denne tilgang er, at ingen fremstiller disse præcist strukturerede materialer over de store arealer og i de store mængder, der er nødvendige i solcelleindustrien. Men Atwater sammenligner enheden med et fladskærms-tv, som i sig selv er en sofistikeret enhed til at manipulere lys med sine millioner af transistorer til at tænde og slukke for forskellige farvede pixels.
De første, der kom ud, var mange tusinde dollars og havde defekter. Nu kan du få en for mindre end hundrede dollars, som i det væsentlige er perfekt, og omkostningerne falder hele tiden, siger han. Flade skærme er et eksempel på noget, der er på størrelse med et solpanel, men er utroligt komplekse optoelektroniske kredsløb. Det, vi foreslår, er primitivt efter den standard.
Atwater siger, at de produktionsværktøjer, der er nødvendige for at fremstille hans nanostrukturerede materialer, begynder at komme på markedet. De vil dog forblive dyre, så længe produktionsmængderne er lave. Forskere nærmer sig også evnen til at lave tynde wafere af forskellige halvledere og overføre dem til en enhed som den, han forestiller sig.