Tenaga Suria: Bagaimana Reka Bentuk "Solar Tarp" Boleh Diperkayakan Kuasa Matahari

Potensi penjanaan tenaga panel solar - dan batasan utama penggunaannya - adalah hasil daripada apa yang mereka buat. Panel yang terbuat dari silikon merosot dalam harga sedemikian rupa sehingga di beberapa lokasi mereka dapat memberikan tenaga elektrik yang sama dengan kuasa dari bahan bakar fosil seperti arang batu dan gas asli. Tetapi panel solar silikon juga besar, tegar, dan rapuh, jadi mereka tidak boleh digunakan di mana sahaja.

Di banyak tempat di dunia yang tidak mempunyai elektrik biasa, panel solar boleh memberikan cahaya membaca selepas gelap dan tenaga untuk mengepam air minuman, membantu kuasa rumah kecil atau perniagaan berasaskan kampung, atau bahkan berkhidmat di tempat perlindungan kecemasan dan perkampungan pengungsi. Tetapi kerapuhan mekanikal, berat, dan kesukaran pengangkutan panel solar silikon menunjukkan bahawa silikon mungkin tidak sesuai.

Membina kerja orang lain, kumpulan penyelidikan saya sedang berusaha untuk membangunkan panel solar yang fleksibel, yang akan menjadi cekap sebagai panel silikon, tetapi akan menjadi nipis, ringan, dan boleh dibengkokkan. Peranti jenis ini, yang kita sebut sebagai "tarp solar," boleh disebarkan kepada saiz bilik dan menjana tenaga elektrik dari matahari, dan ia boleh dijadikan saiz limau gedang dan disumbat dalam ransel seperti ramai sebagai 1,000 kali tanpa melanggar. Walaupun terdapat beberapa usaha untuk menjadikan sel-sel solar organik lebih fleksibel dengan menjadikannya ultra-nipis, ketahanan sebenar memerlukan struktur molekul yang menjadikan panel solar dapat diperbaharui dan sukar.

Semikonduktor Silikon

Silikon berasal dari pasir, yang menjadikannya murah. Dan cara pek atomnya dalam bahan pepejal menjadikannya semikonduktor yang baik, yang bermaksud kekonduksiannya boleh dihidupkan dan dimatikan menggunakan medan elektrik atau cahaya. Kerana itu murah dan berguna, silikon adalah asas untuk mikrocip dan papan litar di komputer, telefon bimbit, dan pada dasarnya semua elektronik lain, menghantar isyarat elektrik dari satu komponen ke yang lain. Silicon juga merupakan kunci kepada kebanyakan panel solar, kerana ia boleh menukar tenaga dari cahaya menjadi caj positif dan negatif. Caj ini mengalir ke sisi bertentangan sel suria dan boleh digunakan seperti bateri.

Tetapi sifat kimianya juga bermakna ia tidak dapat diubah menjadi elektronik yang fleksibel. Silicon tidak menyerap cahaya dengan sangat cekap. Foton mungkin melalui lekapan silikon yang terlalu nipis, jadi mereka perlu cukup tebal - sekitar 100 mikrometer, tentang ketebalan tagihan dolar - supaya tidak ada cahaya yang membazir.

Semikonduktor Generasi Seterusnya

Tetapi penyelidik telah menemui semikonduktor lain yang lebih baik menyerap cahaya. Satu kumpulan bahan, yang dipanggil "perovskite," boleh digunakan untuk membuat sel suria yang hampir sama efisiennya dengan silikon, tetapi dengan lapisan menyerap cahaya yang merupakan ketebalan seperseribu yang diperlukan dengan silikon. Akibatnya, para penyelidik sedang berusaha untuk membina sel solar perovskite yang boleh menggerakkan pesawat tanpa pemandu kecil dan peranti lain di mana mengurangkan berat badan adalah faktor utama.

Hadiah Nobel dalam Kimia 2000 dianugerahkan kepada para penyelidik yang pertama kali mendapati mereka boleh membuat satu lagi jenis semikonduktor ultra tipis, yang dipanggil polimer semikonduktor. Jenis bahan ini dipanggil "semikonduktor organik" kerana ia berasaskan karbon, dan ia dipanggil "polimer" kerana ia terdiri daripada rantaian panjang molekul organik. Semikonduktor organik telah digunakan secara komersil, termasuk dalam industri pemancaran cahaya pemancar cahaya berbilion dolar, lebih dikenali sebagai TV OLED.

Semikonduktor polimer tidak begitu cekap untuk menukarkan cahaya matahari kepada elektrik sebagai perovskit atau silikon, tetapi ia lebih fleksibel dan berpotensi luar biasa. Polimer biasa - bukan semikonduktor - boleh didapati di mana-mana dalam kehidupan seharian. Mereka adalah molekul yang membentuk kain, plastik, dan cat. Semikonduktor polimer memegang potensi untuk menggabungkan sifat elektronik bahan seperti silikon dengan sifat fizikal plastik.

Yang Terbaik Kedua Dunia: Kecekapan dan Ketahanan

Bergantung pada struktur mereka, plastik mempunyai pelbagai jenis harta - termasuk kedua-dua fleksibiliti, seperti dengan tarp; dan ketegaran, seperti panel badan beberapa kereta. Polimer semikonduktor mempunyai struktur molekul yang tegar, dan banyaknya terdiri daripada kristal kecil. Ini adalah kunci kepada sifat elektronik mereka tetapi cenderung menjadikan mereka rapuh, yang bukan sifat yang wajar untuk item fleksibel atau tegar.

Kerja kumpulan saya telah memberi tumpuan kepada mengenal pasti cara untuk membuat bahan dengan kedua-dua sifat semikonduktor yang baik dan plastik ketahanan diketahui - sama ada fleksibel atau tidak. Ini akan menjadi kunci kepada ide saya tentang tarp atau selimut suria, tetapi juga boleh membawa kepada bahan bumbung, jubin lantai luar, atau mungkin juga permukaan jalan atau tempat letak kereta.

Kerja ini akan menjadi kunci untuk memanfaatkan kuasa cahaya matahari - kerana, selepas semua, sinar matahari yang menyerang Bumi dalam satu jam mengandungi lebih banyak tenaga daripada semua kegunaan manusia dalam satu tahun.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan di The Conversation oleh Darren Lipomi. Baca artikel asal di sini.