211service.com
Vikle solceller omkring en optisk fiber
Farvefølsomme solceller er fleksible og billige at lave, men de har en tendens til at være ineffektive til at omdanne lys til elektricitet. En måde at øge ydeevnen af enhver solcelle er at øge det tilgængelige overfladeareal for indkommende lys. Så en gruppe forskere ved Georgia Tech har lavet farvefølsomme solceller med et meget højere effektivt overfladeareal ved at vikle cellerne rundt om optiske fibre. Disse fibersolceller er seks gange mere effektive end en zinkoxidsolcelle med samme overfladeareal, og hvis de kan bygges med billige polymerfibre, burde de ikke være væsentligt dyrere at lave.
Sol på fiber : En optisk fiber (venstre) er dækket af farvestofbelagte zinkoxid-nanotråde (nærbillede, højre). Begge billeder blev lavet ved hjælp af et scanningselektronmikroskop.
Fordelen ved et fiberoptisk solcellesystem frem for et plant er, at lys hopper rundt inde i en optisk fiber, når den bevæger sig langs dens længde, hvilket giver flere muligheder for at interagere med solcellen på dens indre overflade og producere mere strøm. For en given ejendom er det samlede areal af cellen højere, og øget overfladeareal betyder forbedret lysindsamling og mere energi, siger Max Shtein , en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved University of Michigan, som ikke var involveret i forskningen.
Fiberoptiske solceller kan også bruges på måder, der ikke er mulige i øjeblikket. Zhong Lin Wang , professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Georgia Tech, siger, at fibersolceller ville optage mindre tagareal end plane celler, fordi lange længder af fibrene kunne lægges ind i væggene i et hus som elektriske ledninger.
Farvefølsomme solceller bruger farvestofmolekyler til at absorbere lys og generere elektroner. Georgia Tech-gruppen fjerner først beklædningen fra optiske fibre og dyrker derefter zinkoxid-nanotråde langs deres overflade, som børster på en piberenser. Dernæst behandles fibrene med farvestofmolekyler, som zinkoxidstrukturerne absorberer. Fordelen ved at belægge nanotråde frem for en glat overflade med farvestoffet er, at ledningerne tilsammen har et meget stort overfladeareal. Jo flere farvestofmolekyler der er over et givet område af en sådan celle, jo mere lys kan den absorbere, siger Wang. De farvestofbelagte fibre er derefter omgivet af en elektrolyt og en metalfilm, der bærer elektroner fra enheden. Arbejdet er beskrevet online i journalen Angewandte Chemie International Edition .
Spørgsmålet er, kan du absorbere alt lyset ved hjælp af en lille mængde materialer? siger Yi Cui , assisterende professor i materialevidenskab ved Stanford University. At bygge en nanostruktureret celle på en optisk fiber giver en måde at gøre dette på ved at øge både overfladearealet dækket af farvestoffet og lysets effektive vejlængde, siger han. Jo længere en foton rejser gennem en solcelle, jo flere muligheder har den for at interagere og generere en elektron.
En potentiel stopklods for fiberceller er at få nok lys inde i dem i første omgang. Wangs enheder samler kun lys ved deres spidser, så for at få nok lys ind i sådan en solcelle uden at skulle spore solen, kan mindre fibre blive bundtet sammen. Cui siger, at spidserne af fibrene kan være lavet af materialer, der er meget effektive til at lede lys ind i fiberen. En anden måde at overvinde dette problem på er at bygge fiberceller, der kan absorbere lys i hele deres længde, ikke kun ved spidserne - som Michigans Shtein arbejder på. Dette er vanskeligt, fordi det betyder, at cellernes belægninger skal være både elektrisk ledende og gennemsigtige, en usædvanlig kombination.
Shtein siger dog, at fibre, der absorberer lys fra siderne, tilbyder en interessant arkitektur til lysindfangning, fordi du kan fordele fibrene i rummet på en måde, der hjælper dig med at fange flere fotoner mere effektivt, end du kan i en plan enhed. Jo mindre vinkel lyset rammer en plan celle i, jo mere lys reflekteres fra dens overflade. Men lyset, der reflekteres fra den buede overflade af en fiber i en lav vinkel, vil ramme en tilstødende fiber. Disse celler kunne designes, så det ikke er nødvendigt at installere dem med solsporingssystemer, og de ville fungere på overskyede dage, hvor lyset er diffust, siger Shtein.
Wang siger, at næste skridt er at prøve forskellige materialer. Hidtil har han bygget cellerne på optiske kvartsfibre, som er relativt dyre. Dernæst planlægger han at prøve at lave cellerne ved hjælp af billigere polymerfibre.