Isang maliit na piraso ng isang prototype solar tarp. University of California, San Diego, CC BY-ND

Ang potensyal na nagbibigay ng enerhiya ng mga solar panel - at isang pangunahing limitasyon sa kanilang paggamit - ay resulta ng kung ano ang ginawa nila. Ang mga panel na gawa sa silikon ay bumababa sa presyo nang sa gayon ay sa ilang mga lokasyon maaari silang magbigay ng koryente na nagkakahalaga tungkol sa kapareho ng kapangyarihan mula sa fossil fuels tulad ng karbon at likas na gas. Ngunit ang mga solar panel ng silikon ay napakalaki, matigas at malutong, kaya hindi nila magamit kahit saan.

Sa maraming bahagi ng mundo na walang regular na kuryente, maaaring magbigay ang solar panels pagbabasa ng ilaw pagkatapos ng madilim at enerhiya sa magpainit ng tubig, tulungan kapangyarihan ang maliliit na sambahayan o mga negosyo na nakabatay sa nayon o kahit maglingkod emergency shelter at encampment ng refugee. Ngunit ang mekanikal na hinaing, paghihirap at paghihirap sa transportasyon ng mga silikon na solar panel ay nagpapahiwatig na ang silikon ay hindi maaaring maging perpekto.

Building on trabaho ng iba, aking grupo ng pananaliksik ay nagtatrabaho sa bumuo ng nababaluktot solar panel, na magiging kasing epektibo ng isang panel ng silikon, ngunit magiging manipis, magaan at mahuhusay. Ang ganitong uri ng device, na tinatawag naming "solar tarp, "Ay maaaring maibahagi sa laki ng isang silid at makabuo ng kuryente mula sa araw, at ito ay maaaring maging laki ng isang kahel at pinalamanan sa isang backpack kasing dami ng 1,000 na walang paglabag. Habang may ilang mga pagsisikap na gumawa ng mga organic na solar cell na mas kakayahang umangkop lamang sa pamamagitan ng ginagawa itong ultra-manipis, ang tunay na tibay ay nangangailangan ng molekular na istraktura na gumagawa ng mga solar panel na nababaluktot at matigas.

Silicon semiconductors

Ang Silicon ay nagmula sa buhangin, na ginagawang mura. At ang paraan ng mga atom nito sa isang solidong materyales ay gumagawa ito ng isang mahusay na semiconductor, ibig sabihin ang koryente nito ay maaaring ilipat at patayin gamit ang mga electric field o liwanag. Dahil ito ay mura at kapaki-pakinabang, Ang silikon ay ang batayan para sa mga microchip at circuit boards sa mga computer, mga mobile phone at karaniwang lahat ng iba pang elektronika, nagpapadala ng mga de-koryenteng signal mula sa isang bahagi sa isa pa. Ang Silicon ay ang susi sa karamihan sa mga solar panel, dahil maaari itong i-convert ang enerhiya mula sa ilaw sa positibo at negatibong singil. Ang mga singil na ito ay dumadaloy sa magkabilang panig ng isang solar cell at maaaring magamit tulad ng isang baterya.

Ngunit ang mga katangian ng kemikal nito ay nangangahulugan din na hindi ito maaaring maging nababaluktot na electronics. Ang Silicon ay hindi sumipsip ng ilaw nang mahusay. Ang mga photon ay maaaring pumasa sa kanan sa pamamagitan ng isang silikon panel na masyadong manipis, kaya't mayroon silang maging medyo makapal - sa paligid 100 micrometers, tungkol sa kapal ng isang dollar bill - upang wala sa liwanag ang mapupunta sa basura.

Next-generation semiconductors

Subalit natagpuan ng mga mananaliksik ang iba pang semiconductors na mas mahusay sa pagsipsip ng liwanag. Isang grupo ng mga materyales, na tinatawag na "perovskites, "Ay maaaring magamit upang gumawa ng mga solar cell na halos kasing epektibo ng mga silikon, ngunit may mga light-absorbing layers na isang ikasampu ang kapal na kailangan sa silikon. Bilang resulta, ang mga mananaliksik ay nagtatrabaho sa pagtatayo perovskite solar cells na maaaring kapangyarihan maliit na hindi pinuno ang mga tauhan sasakyang panghimpapawid at iba pang mga aparato kung saan ang pagbawas ng timbang ay isang mahalagang kadahilanan.

Ang 2000 Nobel Prize sa Chemistry ay iginawad sa mga mananaliksik na unang natagpuan na maaari silang gumawa ng isa pang uri ng ultra-manipis na semiconductor, na tinatawag na semiconducting polimer. Ang uri ng materyal na ito ay tinatawag na isang "organic semiconductor" sapagkat ito ay batay sa carbon, at ito ay tinatawag na "polimer" sapagkat ito ay binubuo ng mahabang mga tanikala ng mga organic na molecule. Ang mga organikong semiconductors ay ginagamit na komersiyal, kabilang sa bilyong dolyar na industriya of nagpapakita ng mga organic na light-emitting diode, mas kilala bilang OLED TVs.

Ang polimer semiconductors ay hindi kasing epektibo sa pag-convert ng sikat ng araw sa kuryente bilang perovskites o silikon, ngunit mas marami pa sila kakayahang umangkop at potensyal na extraordinarily matibay. Ang mga regular na polymer - hindi ang mga semiconducting - ay matatagpuan sa lahat ng dako sa pang-araw-araw na buhay; sila ang mga molekula na bumubuo sa tela, plastik at pintura. Ang mga polimer semikonduktor ay may posibilidad na pagsamahin ang mga elektronikong katangian ng mga materyales tulad ng silikon sa pisikal na mga katangian ng plastik.

Ang pinakamahusay sa parehong mundo: Kahusayan at tibay

Depende sa kanilang istraktura, ang mga plastik ay may malawak na hanay ng mga katangian - kabilang ang parehong kakayahang umangkop, tulad ng isang tarp; at matigas, tulad ng mga panel ng katawan ng ilang mga sasakyan. Ang semiconducting polymers ay may mahigpit na molecular structures, at marami ang binubuo ng maliliit na kristal. Ang mga ito ay susi sa kanilang mga elektronikong katangian ngunit malamang na gawing malutong, na hindi isang kanais-nais na katangian para sa alinman sa nababaluktot o matibay na mga bagay.

Ang gawain ng aking grupo ay nakatuon sa pagtukoy ng mga paraan upang lumikha mga materyales na may parehong mahusay na mga katangian ng semiconducting at ang tibay Ang mga plastik ay kilala para sa - kung nababaluktot o hindi. Ito ang magiging susi sa aking ideya ng isang solar tarp o kumot, ngunit maaari ring humantong sa mga materyales sa bubong, mga panlabas na patong na patungan o marahil kahit na ibabaw ng mga kalsada o maraming paradahan.

Ang gawaing ito ay magiging susi upang harnessing ang kapangyarihan ng sikat ng araw - dahil, pagkatapos ng lahat, ang sikat ng araw na strikes sa Earth sa isang solong oras ay naglalaman ng mas maraming enerhiya kaysa sa lahat ng paggamit ng sangkatauhan sa isang taon.

Tungkol sa Ang May-akda

Darren Lipomi, Propesor ng Nanoengineering, University of California San Diego

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay Books

at InnerSelf Market at Amazon