211service.com
Skubbende plastsolceller
Plastsolceller er lette, fleksible og, vigtigst af alt, billige at lave. Men indtil videre har disse enheder været for ineffektive til at konkurrere med siliciumsolceller til de fleste applikationer. Nu hævder forskere fra nogle få institutioner at have lavet polymersolceller med rekordstor effektivitet. Disse celler er stadig ikke gode nok til at konkurrere med silicium, men polymereffektiviteten er steget med en hastighed på omkring 1 procent om året. Hvis de kan blive ved med det, siger forskere, vil plastiksolceller konkurrere med silicium inden for få år.
Kraftige polymerer: Denne illustration viser de forskellige lag, der udgør en ny plastsolcelle med næsten perfekt intern effektivitet. Fra bund til top er lagene glas, en gennemsigtig elektrode, to polymerlag, et titaniumoxidlag, der omfordeler lyset, og en aluminiumselektrode.
I denne uge i online-udgaven af Naturfotonik , rapporterede forskere om polymersolceller, der omdanner omkring 6,1 procent af energien i sollys til elektricitet – en smule tættere på de 10 procent, som de siger, vil være nødvendige for at få et betydeligt fodfæste på markedet. (Konventionelle siliciumceller er omkring 15 procent effektive.) De nye effektivitetstal viser, at vi er med i spillet, siger Alan Heeger , en professor i fysik ved University of California, Santa Barbara, der ledede forskningen. Heeger delte Nobelprisen i kemi i 2000 for sin rolle i udviklingen af de første ledende polymerer, og han er medstifter og chefforsker ved Konarka , et plastsolcellefirma med hovedkontor i Lowell, MA.
De californiske forskeres resultater sammenligner sig meget positivt med tidligere offentliggjorte beskrivelser af polymersolceller, hvis effektivitet har ligget omkring 5 procent. Konarka siger, at virksomhedens celler, som bruger andre materialer end cellerne fremstillet i Heegers universitetslaboratorium, for nylig er blevet vurderet til omkring 6,4 procent. Og en konkurrent i San Mateo, Californien, ringede Solarmer energi har lavet plastikceller med lignende effektivitet, ifølge en tilknyttet forsker.
Plastsolceller, uanset hvor godt designet er, har iboende grænser dikteret af de polymerer, der udgør deres aktive lag. De hidtil fremstillede polymerer kan kun absorbere relativt smalle bånd af lys. Det er muligt at øge deres effektkonverteringseffektivitet ved at stable film af polymerer designet til at opfange forskellige bånd af lys; Heegers gruppe har faktisk haft en vis succes med dette tidligere. Men denne tilgang har en stor ulempe. Lagdeling er selvdestruktiv, fordi du øger fremstillingsomkostningerne, siger Luping Yu , professor i organisk kemi ved University of Chicago, som også arbejder med solceller.
En måde at forbedre disse cellers ydeevne på er ved at sikre, at hver enkelt foton, der bliver absorberet af polymererne, omdannes til en elektron, der kan opsamles. Heegers gruppe øgede sine cellers samlede effektivitet ved at forbedre denne interne effektivitet. Hvor godt elektroner kan bevæge sig i disse film afhænger af kvaliteten af grænsefladen mellem de to komponenter, der udgør filmen: i University of California-cellen er disse en ledende polymer og en version af en fodbold-bold-formet carbonforbindelse kaldet en fulleren. Heegers gruppe testede film lavet af forskellige forhold mellem disse to komponenter, såvel som forskellige opløsningsmidler til at behandle dem.
Resultatet er en celle med næsten perfekt intern effektivitet. Alt det lys, der er blevet absorberet, er blevet omdannet til ladninger, siger Zhenan Bao , en lektor i kemiteknik ved Stanford University, som ikke var involveret i forskningen. Denne gruppe har lavet meget god teknik på cellerne.
Jeg er spændt på fremgangen, siger For at kontakte Yang , professor i materialevidenskab og teknik ved University of California, Los Angeles. Du skubber posten trinvist. Heeger er enig: Markedets størrelse afhænger af omkostningerne i dollars pr. watt, så hver stigning i effektiviteten er vigtig.
Mens Yang, Bao og Heeger siger, at tallene opnået af Heegers gruppe er en vigtig demonstration af potentialet i polymersolceller, anerkender alle, at eksisterende materialer ikke vil være dem, der vil skubbe industrien fremad. Ti procent [effektivitet] ville være et gennembrud, siger Heeger. Vi når dertil ved at syntetisere nye materialer, der reagerer på mere af energispektret.
Organiske materialer er stadig begrænset til synligt lys, siger Yang, men meget af solens energi er i den tilstødende del af spektret - det infrarøde - så polymerforskere arbejder på solcellematerialer, der også kan absorbere dette bånd. University of Chicagos Yu, som samarbejder med Solarmer Energy, siger, at virksomheden har brugt hans polymerer, som absorberer lys med kortere bølgelængde, til at lave celler, der skulle opnå mere end 7 procent effektivitet, men han kan ikke afsløre detaljerne, fordi resultaterne er endnu ikke offentliggjort.